ESCUELA POLITECNICA DEL EJÉRCITO SEDE LATACUNGA FACULTAD DE...
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ESCUELA POLITECNICA DEL EJÉRCITO SEDE LATACUNGA FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTROMECANICA PROYECTO PREVIO A LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERO DE EJECUCION EN ELECTROMECANICA REPOTENCIACION Y AUTOMATIZACION DE UN INYECTOR DE PLASTICO MARCA MATEU & SOLE S.L VICTOR HUGO COBOS MASAQUIZA LATACUNGA - ECUADOR ABRIL 2002
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ESCUELA POLITECNICA DEL EJÉRCITO
SEDE LATACUNGA
FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTROMECANICA
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERO DE EJECUCION EN ELECTROMECANICA
REPOTENCIACION Y AUTOMATIZACION DE UN INYECTOR DE PLASTICO
MARCA MATEU & SOLE S.L
VICTOR HUGO COBOS MASAQUIZA
LATACUNGA - ECUADOR
ABRIL 2002
DEDICATORIA
Al esfuerzo, sabiduría, y nobleza de mis padres, mis hermanos, y todas aquellas personas que forman parte de mi vida, aquellos que no están presentes, y a todos los que un día influyeron en mi ser.
CERTIFICACION Certificamos que el presente trabajo fue realizado en su totalidad por el Sr. Víctor Hugo Cobos Masaquiza, bajo nuestra dirección
Ing. Wilson Sanchez Ing Miguel Carvajal
DIRECTOR COODIRECTOR
INDICE
PREFACIO
1. Inyectoras de termoplásticos 1
1.1 Generalidades. 1
1.2. Proceso. 1
1.3. Tipos de inyectoras. 2
1.3.1. Tipos constructivos. 2
1.4. Ventajas de un inyector de plástico. 4
1.5. Especificaciones técnicas de un inyector de plástico. 4
1.5.1. Especificaciones de la unidad de inyección: 4
1.5.2. Especificaciones de la unidad de cierre de moldes 5
1.5.3. Especificaciones generales 5
1.6. Partes constitutivas de un inyector de plástico. 6
1.6.1. Sistema de plastificación. 6
1.6.1.1. Transporte de material 6
1.6.1.2. Unidad inyectora: 7
1.6.1.3. Zonas de calentamiento 7
1.6.2. Unidad de cierre 12
1.5.2.1 Sistemas de cierre por arrastre de forma 12
1.5.2.2. Sistemas de cierre por arrastre de fuerza 13
1.5.3. Sistema de refrigeración. 14
1.5.4. Sistema oleohidráulico. 14
1.5.4.2. Bomba hidráulica 15
1.5.4.3. Tipos de bombas oleohidráulicas 17
1.5.4.4. Elementos de gobierno. 19
1.5.4.5. Actuadores. 23
1.5.4.6. Equipo auxiliar. 24
1.5.4.7. Montaje 25
1.5.5. Mando y control de un circuito. 26
1.5.6. Representación de desarrollos secuenciales. 28
1.5.6.1 Representación gráfica en forma de diagramas 28
1.5.6.2 Representación simbólica de los desarrollos secuenciales 32
1.5.7 Diagramas de funcionamiento 32
1.5.7.1 Cuadros de función “Grafcet” 33
1.5.7.2 Redes petri 36
1.5.7.3 Automatismo 40
1.5.7.4 Áreas de aplicación 41
2 Inyector de plástico marca Mateu & Sole S. L. 43
2.1 Descripción del equipo. 43
2.1.1 Sistema de plastificación 43
2.1.1.1 Control de temperatura 44
2.1.1.2. Unidad de inyección 46
2.1.2 Sistema de cierre- apertura de matriz 46
2.1.3 Sistema de descarga del producto 47
2.1.4 Sistema oleohidráulico 47
2.1.4.1 Bomba hidráulica 48
2.1.4.2 Válvula de distribución 50
2.1.4.3 Regulador de caudal 51
2.1.4.4 Reguladores de presión 52
2.1.4.5 Unidad de medida y almacenamiento 52
2.1.5 Sistema de enfriamiento 53
2.1.6 Sistema de tuberías. 54
2.2. Especificaciones técnicas del inyector Mateu & Sole S. L. 54
2.2.1. Unidad de inyección: 54
2.2.2. Especificaciones de la unidad de cierre de moldes 55
2.2.3. Especificaciones generales 55
2.3. Modo operativo del equipo. 55
2.3.1. Secuencia de trabajo 56
2.4. Rendimiento del inyector 58
2.5. Evaluación del equipo. 58
2.6. Costo operativo del equipo. 59
3. Metodología de la automatización 61
3.1. Generalidades. 61
3.2. Reestructuración del equipo. 64
3.2.1 Determinación del estado óptimo de
funcionamiento del equipo 66
3.2.2 Secuencia de trabajo. 66
3.2.3 Determinación del circuito del inyector 67
3.3 Sistema de calentamiento del inyector 67
3.3.1 Selección del control de temperatura 68
3.3.2 Selección del sensor de temperatura 68
3.4 Selección del sistema hidráulico. 69
3.4.1. Selección de bombas oleohidráulicas 70
3.4.2. Selección de motores oleohidráulicas 70
3.4.3. Selección de válvulas direccionales 70
3.4.4. Selección de válvulas reguladoras de caudal 71
3.4.5. Selección de válvulas reguladoras de presión 71
3.4.6. Selección de válvulas anti-retorno 71
3.5 Selección del sistema de mando 74
3.5.1 Mando manual, sostenido y programado 74
3.6 Sistemas automáticos 76
3.7 Análisis financiero 78
3.7.1 Flujo de fondos puro 79
3.7.2 Valor presente neto (VPN) 81
3.7.3 La tasa interna de retorno (TIR) 81
3.7.4 La relación costo beneficio (RCB). 82
3.8 Factibilidad del proyecto. 83
3.8.1 Valor presente neto (VAN). 83
3.8.2 La tasa única de retorno (TUR). 83
3.8.3 La relación costo beneficio (RCB). 83
3.8.4 Flujo de fondos incremental 83
3.9 Período de recuperación. 84
4. Repotenciación y automatización del equipo 85
4.1. Análisis y determinación de los parámetros
de funcionamiento del equipo. 85
4.1.1. Polímeros de trabajo 85
4.2. Selección de los elementos requeridos 87
4.2.1. Control de temperatura. 87
4.2.2. Sistema hidráulico 88
4.2.2.1. Selección de los elementos hidráulicos 90
4.2.3. Sistema de refrigeración 97
4.2.4. Sistema de arranque del motor. 98
4.2.5. Sistema de mando. 98
4.2.6. Sistema de control 99
4.3. Diseño del circuito de control. 99
4.3.1. Determinación de la secuencia de trabajo. 99
4.3.2. Autómata. 101
4.3.3. Modo operativo del inyector 102
4.3.3.1. Mando manual 103
4.3.3.2. Mando automático – semiautomático 103
4.3.3.3. Tiempo de trabajo 104
4.3.4. Montaje. 104
4.3.5. Implementación del sistema 105
4.4. Análisis financiero. 105
4.4.1. Inversión inicial del proyecto 105
4.4.2. Costos del proyecto 107
4.4.3. Rendimiento del inyector 108
4.4.4. Ingresos del proyecto 109
4.4.5. Factibilidad del proyecto 111
4.4.6. Período de recuperación. 112
Conclusiones 113
Recomendaciones 115
Bibliografía
PREFACIO
El proyecto se baso en el interés por demostrar y desarrollar métodos que ayuden
a la utilización de máquinas, y equipos, que puedan prestar un servicio acorde
con las exigencias de calidad del mundo moderno, tras el reemplazo de sus
elementos y eliminando la posibilidad de adquirir un nuevo equipo, así se reduce
los costos de inversión, buscando la motivación del desarrollo de la pequeña
industria.
Puede generar el interés del empresario en la inversión de la actualización de su
maquinaria o equipo, sin dejar de competir en la calidad, ni en la velocidad de
producción.
El proyecto es un extracto de la investigación dentro de la producción del plástico,
sus métodos, limitaciones, y enfocado al diseño de un mando capaz de
gobernarlo y operarlo eficientemente.
Capítulo I
2. INYECTORAS DE TERMOPLÁSTICOS.
2.1. GENERALIDADES.
En la última década la industria del plástico ha desarrollado un notable
crecimiento, el mismo que ha ido a la par de un desarrollo tecnológico bastante
acelerado, y por consecuencia, reemplazando los equipos de operaciones
manuales por equipos automáticos, en los cuales su proceso se lo realiza de
manera altamente confiable, y sin la mayor participación del hombre, estas
máquinas automáticas han desarrollado una industria en donde se ha podido
establecer la creación de un producto de alta calidad, reduciendo al mínimo la
generación de desperdicios durante su elaboración, además permitiendo su
producción en un corto tiempo, y por tanto logrando una alta producción. Esto ha
empujado a la industria al estudio de alternativas, a fin de poder repotenciar los
equipos que a pesar de no contar con los últimos cambios tecnológicos generan
un buen servicio, pues en la recuperación de éstos equipos con un perfil que
posea la capacidad de competir con los actuales, permitirá un ahorro significativo,
tanto en materia prima desperdiciada, y tiempo de fabricación, evitando la
adquisición de nuevos equipos, puesto que la simple repotenciación de éstos,
garantiza cubrir las necesidades de la industria.
1.7. PROCESO.
El material sólido (granulado) es vertido en una tolva, la misma que lo envía al dosificador, que provisto por un sistema mecánico de carga del material, determina la porción adecuada de materia prima, para la aplicación a la que va a ser efecto, a continuación el material es enviado hacia la zona de plastificación, en donde el material es transformado de su composición sólida, a una composición líquida, posteriormente este material es enviado hacia la zona plastificación donde se homogeniza el material, de esta manera el material se encuentra listo a ser inyectado en la matriz.
Pistón de Inyección
Dosificador de material
Tolva
Zona plastificación
calefactoras
Resistencias
Material
Esquema de in inyector de plástico de pistón
La matriz será llenada en un solo paso de inyección por lo que la cantidad dosificada deberá ser regulada en función de la matriz a ser utilizada. La plastificación del material se debe a la fricción que existe entre este, y las paredes del cilindro las mismas que se encuentran a una elevada temperatura debido al calor añadido por un conjunto de resistencias calefactoras, la cantidad de calor que se debe añadir esta en función de las características físico-químicas del material a inyectarse.
1.8. TIPOS DE INYECTORAS.
Existe una gran variedad de máquinas inyectoras, las mismas que se las puede clasificar ya sean por su concepción constructiva, tipo de proceso, elementos de montaje (sistemas de accionamiento).
1.8.1. TIPOS CONSTRUCTIVOS.
Inyectoras horizontales, en donde las unidades de inyección y cierre trabajan en el eje horizontal, y su alineación es axial. Inyectoras verticales, se caracterizan por tener las unidades de inyección y cierre, en el eje vertical, y alineadas axialmente. Sin embargo, es importante anotar que existen ciertas variantes en las máquinas de inyección, en algunos casos la unidad de inyección del material, esta dispuesta perpendicularmente a la unidad de cierre, por otro lado existen máquinas inyectoras denominadas especiales, el fin de su creación fue la de resolver casos particulares, y su variante consiste en el proceso de inyección del material a la matriz, tales como las máquinas de inyección Mono-sanduche, y el tipo multicomponetes (sándwich).
Mono-sanduche Le permite rellenar el núcleo o matriz de su producto con un
material de segunda calidad mientras que la capa exterior (la que se ve de su
producto) es de un material muy fino. Esto le permite usar un remolido con
características inferiores o pigmentado de otro color. Otro beneficio puede ser el
ahorro de pigmentos costosos, porque les permite colorear solamente la capa
exterior. Hay un sinfín de aplicaciones y todo trabajando con sus moldes
convencionales
Multi-componentes. El producto sale terminado de la máquina, y no requiere
ningún post-proceso. Se pueden combinar varios colores o también materiales,
con características diferentes. Todo se realiza en una sola inyección (o más bien
en un solo golpe de la máquina).
1.9. VENTAJAS DE UN INYECTOR DE PLÁSTICO.
Entre las ventajas de un inyector de plástico podemos mencionar las siguientes:
Un inyector de plástico esta diseñado para la elaboración de elementos, y
dispositivos de plástico, basándose en una matriz prediseñada.
El pigmento es inyectado a una elevada presión y temperatura adoptando la
forma que posee la matriz.
Inyector horizontal, la inyección del material se efectúa en línea recta perpendicularmente al plano de separación del molde Inyector vertical, la inyección del material adopta un curso rectilíneo y se efectúa verticalmente hacia abajo, perpendicularmente al plano de separación del molde Inyector mixto, el cilindro de inyección esta dispuesto verticalmente. El flujo de material se desvía en un ángulo de 90º a dirección horizontal, y penetra perpendicularmente al plano de separación en el molde
Máxima exactitud de forma y dimensiones de las piezas inyectadas
Posibilidad de formación de orificios, refuerzos, ajustes y marcas, así como la
inserción de elementos de otros materiales, con lo que la producción se hace
completa (las piezas quedan considerablemente listas para el montaje)
Superficies lisas y limpias de las piezas inyectadas.
Buenas propiedades de resistencia a pesar de espesores de paredes muy
finas, con una configuración de las piezas adecuada al proceso y al material.
Múltiple posibilidad en cuanto a un ennoblecimiento posterior de las
superficies.
Rápida producción de gran cantidad de piezas en moldes duraderos con una o
varias cavidades.
Aprovechamiento del material empleado.
1.10. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE UN INYECTOR DE PLÁSTICO.
Las especificaciones o características técnicas proporcionadas por el fabricante son aquellas correspondientes al funcionamiento o prestaciones de la máquina, a continuación se nombra las características más importantes dadas por los fabricantes de inyectores de plástico: 1.10.1. ESPECIFICACIONES DE LA UNIDAD DE INYECCIÓN.
Diámetro del husillo (mm), es el diámetro externo del husillo que plastifica e
inyecta el material en el molde
Relación L/D del husillo, es la relación entre la longitud útil del husillo (L) y el
diámetro externo (D).
Máxima presión de inyección (bar o kgf/cm2), que se aplica al termoplástico
para ser inyectado en el molde.
Volumen teórico de inyección (cm3), generado por el husillo durante su fase de
inyección.
Capacidad de inyección (gr), que la máquina puede inyectar en el molde.
Capacidad de inyección (cm3/seg), es el volumen que la máquina puede
inyectar en un segundo.
Velocidad máxima de rotación del husillo (rpm), que se puede alcanzar
durante la etapa de plastificación.
Potencia instalada del calentamiento del cilindro de plastificación (Kw), que es
la potencia máxima de las resistencias instaladas sobre el cilindro de
plastificación.
Potencia del motor hidráulico o eléctrico que acciona el husillo (HP), es la
potencia disponible para hacer girar el husillo en su etapa de plastificación.
Par máximo del husillo (N-m o Kgf-m) es el momento de torsión máximo
disponible durante la rotación de la fase de plastificación.
Número de zonas de calentamiento del cilindro, es el número de zonas de
calentamiento con control independiente de temperatura.
1.10.2. ESPECIFICACIONES DE LA UNIDAD DE CIERRE DE MOLDES.
Fuerza de cierre en el molde (TN o KN), es la máxima fuerza con que se
puede cerrar el molde.
Mínimo y máximo espesor (altura) del molde (mm), indica el espesor máximo,
y mínimo del molde que se puede montar en las placas del sistema de cierre –
apertura de la máquina.
Carrera de la platina móvil (mm), es la máxima carrera de apertura de la placa
móvil.
Distancia entre columnas, es la máxima distancia entre las columnas de
deslizamiento de la placa móvil, sirve para definir el máximo ancho del molde.
1.10.3. ESPECIFICACIONES GENERALES.
Potencia del motor eléctrico (HP), potencia del motor eléctrico que acciona el
sistema hidráulico del inyector.
Potencia máxima instalada (Kw), sobre la máquina y corresponde a la suma
de la potencia del motor eléctrico y la potencia de las resistencias eléctricas
utilizadas en el cilindro de plastificación.
1.11. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN INYECTOR DE PLÁSTICO.
1.11.1. SISTEMA DE PLASTIFICACIÓN.
Es el sistema encargado de la disgregación del material, a fin de ser inyectado en
la matriz, y esta conformado por varios elementos, tales como la unidad inyectora,
y sus controles de temperatura.
Sistema Rueda Piñon
Motor Hidráulico
Husillo Cámara de plastificación
Tolva
Pistón hidràulico Resistencias
Sistema de plastificación, inyector horizontal de tornillo – pistón.
1.11.1.1. TRANSPORTE DE MATERIAL.
El material es enviado desde la tolva de carga del material, hacia la cámara de plastificación, a través de los filetes del husillo, a su eje es acoplado un motor hidráulico ya sea de forma directa, o por un sistema de transmisión (rueda-piñón), de tal modo que se crea un movimiento rotatorio, aprovechado junto con los filetes del husillo, para transportar el material desde la zona de carga hacia la cámara de plastificación, el material toma entonces una trayectoria helicoidal desde el inicio hacia el final del transporte. 1.11.1.2. UNIDAD INYECTORA.
Es la que se encarga de introducir el material en la matriz predeterminada, este sistema es el que produce la disgregación del material, el llenado del molde se realiza en un solo golpe de inyección, siendo este tiempo un parámetro importante, y determinado por el tipo de material que a trabajar, debiéndose hacer las siguientes consideraciones en la elección del tiempo de inyección:
La elaboración de materiales con estrechas tolerancias de fluidificación exige
por lo general un rápido llenado del molde
En piezas de grandes espesores, es necesario un tiempo de llenado corto.
Piezas con paredes extremadamente finas, requieren un llenado del molde
lento.
Fabricación de piezas con varios espesores, el tiempo de llenado es corto.
Si existe la inserción elementos metálicos dentro de las piezas requiere un
tiempo de trabajo largo.
1.11.1.3. ZONAS DE CALENTAMIENTO.
La unidad inyectora debe ser calentada en diferentes zonas a fin de poder obtener
una óptima disgregación del material, cada zona deberá poseer una temperatura
propia, que será dependiente de su ubicación en el cilindro.
La primera zona tiene la misión de entregar el calor suficiente para que el
polímero alcance la temperatura de ablandamiento, que es cuando el polímero
inicia su cambio de estado sólido, en la segunda zona el polímero alcanza la
temperatura de fusión, mientras que en la última zona se llega a la temperatura de
inyección, esta última es crítica por lo que se requiere un excelente control de la
temperatura, evitando una degradación del material.
Cada zona de calentamiento debe poseer un control de su temperatura que
consiste de dispositivos de captación de la temperatura (termocuplas), y
elementos comparadores de datos (controles).
Zonas de calentamiento
Termocupla
Zonas de calentamiento del inyector, con sus respectivas termocuplas
1.11.1.3.1. TERMOCUPLAS.
Es un sensor de temperatura, su uso es muy común en la industria de plástico,
fundiciones de metales, hornos; está compuesta por dos alambres de distinto
material unidos en un extremo donde forma una junta, dicha unión al estar
sometida a un cambio de temperatura genera en los extremos opuestos un voltaje
en el orden de los milivoltios (efecto Seebeck). Para cada grado centígrado
corresponde un valor de voltaje en el extremo de la junta (ANEXO A), siendo un
medio efectivo al momento de verificar el funcionamiento de un termocupla, el
voltaje es proporcional a la temperatura aplicada en la junta, y propio de cada
elemento.
Existe una infinidad de termocuplas su diferencia radica en el tipo de material que está conformada, su configuración esta enfocada a brindar un amplio rango de medida, entre las termocuplas más comunes se puede encontrar las siguientes: Termocupla tipo E, junta de cromel y constantán, puede usarse en vacío o en atmósfera inerte, medianamente oxidante o reductora. Se puede usar para temperaturas entre –200 a +260ºC Termocupla tipo T, junta de cobre y constantán, presenta una elevada resistencia a la corrosión por humedad atmosférica, condensación, se utiliza en atmósferas oxidantes o reductoras. Su rango de medición comprende –200 a +900ºC.
Termocupla tipo J, junta de hierro y constantán, adecuado en atmósferas con escaso oxígeno libre, la corrosión del hilo se vuelve critica por encima de los 550ºC, siendo necesario un mayor diámetro del hilo hasta su temperatura límite de 750ºC, es muy utilizada en la industria de plástico. Termocupla tipo K, junta de cromel y constantán, son recomendables en temperaturas de trabajo de 550 a 1250ºC, con atmósferas oxidantes no se debe utilizar en atmósferas reductoras, ni sulfurantes. 1.11.1.3.2. CONTROLADORES.
Es aquel que recoge la señal que desarrolla la termocupla, y la compara con el valor fijado, determina el error y emite una señal de control que actúa sobre la resistencia de calentamiento, según el algoritmo de control que tenga implementado, existen diferentes modos de control, entre los más difundidos están los siguientes: El modo de control ON/OFF es lo más elemental y consiste en activar el mando
de calentamiento cuando la temperatura está por debajo de la temperatura
deseada SP (set point) y luego desactivarlo cuando la temperatura esté por arriba.
Inevitablemente debido a la inercia térmica del elemento a controlar (cilindro de
plastificación) la temperatura estará continuamente fluctuando alrededor del SP.
La inercia térmica es consecuencia del retardo en la propagación del calor en el
interior del cilindro desde la resistencia calentadora hasta el sensor de
temperatura, dichas fluctuaciones aumentarán cuanto mayor sea la inercia
térmica, evidentemente este algoritmo de control no es el más adecuado cuando
se desea una temperatura constante y uniforme, ofreciendo la ventaja de provocar
poco desgaste en los contactores electromecánicos, pues estos se activan y
desactivan lo mínimo necesario, estas desventajas pueden ser eliminadas a
través de acciones de control manejadas por ciertos controles, como son:
La acción proporcional, consiste en mantener dentro de un porcentaje de
variación de la temperatura deseada (banda proporcional), los controladores que
usan este tipo de acción se los conoce como controladores tipo P, tienen un
control satisfactorio, sin embargo ocurre con frecuencia un error estacionario
denominado offset, que en ciertos procesos se consideran intolerables;
aparentemente este error puede ser eliminado con la disminución de la banda
proporcional, pero cuando esta se acerca a cero el sistema se vuelve inestable,
asemejándose a un control ON/OFF. Por tal motivo es necesario introducir un
error estacionario, que nos ayudaría a mantener constante la temperatura.
La acción integral, este presenta una gran ventaja, garantiza un error residual
cero debido a la integración de dicha señal, logrando de esta manera que el valor
fijado (set point) sea igual al valor presente (present value), sin embargo la
desventaja de este tipo de control es que no existe una buena estabilidad y
rapidez de respuesta.
La acción derivativa, es un modo de control que se basa en la velocidad de la
variación de la señal de error, lo cual es muy útil pues reduce el tiempo de
estabilización del sistema, evitando oscilaciones continuas.
Existen controles pueden combinar las acciones de control antes mencionadas,
con el fin de tomar las ventajas de cada uno, eliminando simultáneamente sus
desventajas.
Modo de control proporcional – integral (PI), siendo un control que aprovecha
las ventajas de un control proporcional y uno integral, eliminando de esta manera
el error residual, pues se reduce el offset generado por la acción proporcional.
Modo de control proporcional – derivativo (PD), esta combinación mejora
notablemente la velocidad de respuesta del control, no obstante, no se elimina el
error residual manteniéndose un offset en el proceso.
Modo de control proporcional – integral – derivativo (PID), es el algoritmo de control mas utilizado, surge como resultado de la combinación de las tres acciones de control antes mencionadas, su ventaja es el reducir el error estacionario, y se mejora la velocidad de respuesta de acuerdo con el proceso, generándose por tanto un sistema y un controlador estable.
Curvas de la temperatura en función del tiempo
1.11.2. UNIDAD DE CIERRE.
Son mecanismos que tienen la finalidad de efectuar el movimiento hacia la
posición de cierre y apertura del molde durante el ciclo de trabajo de la máquina,
destacándose dos tipos de sistemas de cierre para las máquinas de inyección. El
sistema por arrastre de la fuerza, donde el cierre del molde se realiza
exclusivamente con ayuda de uno o varios cilindros hidráulicos, y el sistema de
arrastre de forma, accionado hidráulica, o electromecánicamente, en donde el
cierre del molde se lo realiza mediante elementos de cierre mecánicos
autobloqueables. Ambos sistemas se encargan de mantener cerrada la matriz
con una fuerza que se opone a la que se genera por causa de la presión interior
del molde.
1.5.2.2 SISTEMAS DE CIERRE POR ARRASTRE DE FORMA.
Se emplean en general sistemas de palanca acodadas o extensoras sencillas o
dobles. El bloqueo de este sistema es eficiente siempre y cuando menos
elementos rígidos contenga la construcción, el sistema debe presentar una
construcción sin oscilaciones y con precisión, a fin de cumplir las altas exigencias
que se impone en el sistema de cierre.
Esquema de un sistema de cierre por arrastre de forma
Se debe tener en cuenta que la posición extendida de la placa articulada determina la posición final del
plato porta-molde lado extractor, y por lo tanto la fuerza de accionamiento es efectiva solo hasta alcanzar
la posición extendida de la palanca articulada. La fuerza de cierre del molde propiamente dicha de esta
unidad articulada, consiste en una fuerza de resorte producida por la deformación elástica de los
elementos constitutivos que producen el cierre del molde. Esta deformación es producida en general por
el correspondiente ajuste de las tuercas de los vástagos, que limitan el camino de la placa porta-molde
lado boquilla. La unidad de cierre se ajusta dé tal modo que, estando el molde cerrado, las citadas tuercas
mantengan firme al plato porta-molde.
El sistema de cierre por arrastre de forma presenta una ventaja en la posibilidad de regulación de la
velocidad de cierre y apertura del molde, a través de válvulas reguladoras de caudal, conectadas al pistón
de accionamiento del sistema.
1.5.6.2. SISTEMAS DE CIERRE POR ARRASTRE DE FUERZA.
Consiste en el cierre de la matriz a través de una fuerza de sostenimiento
hidráulica, esta fuerza se puede determinar por medio de la lectura del
manómetro la carga hidráulica que actúa sobre el pistón de cierre y multiplicando
este valor por la superficie de impulsión. Este tipo de sistemas requiere, en su
funcionamiento, una cantidad de aceite mucho mayor que en el sistema analizado
anteriormente, por tanto este tipo de sistemas es utilizado en equipos donde se
tiene elevadas presiones de inyección, las que serian difícilmente controlables por
los sistemas por arrastre de forma.
B
A
A - B
Esquema de un sistema de cierre por arrastre de fuerza
1.5.7. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN.
La zona de carga de un inyector permanece en contacto con las zonas de
calentamiento, por tal motivo tiende a la absorción de temperatura, creando un
serio problema durante el trabajo del sistema de inyección, y de no existir este
sistema se podría obtener una plastificación en la etapa de carga del material,
taponando la entrada del mismo y evitando el funcionamiento del equipo.
La matriz debe poseer una temperatura baja a fin de que el material ingresado en
el molde pueda adquirir las características requeridas para el des moldeo, a más
de la matriz, y zona de carga del tornillo, el aceite debe poseer una temperatura
máxima de calentamiento durante su funcionamiento, de esta manera se podrá
mantener las características necesarias durante el trabajo.
Por estas razones es necesario establecer un sistema que sea el encargado de
evitar el calentamiento de parte del equipo el cual debe mantener una
temperatura relativamente baja en comparación a la temperatura del sistema de
inyección.
Estos sistemas de refrigeración están basados en la transferencia de calor por
convección, es decir, es un proceso de transferencia de energía ya sea entre una
superficie y un fluido que se mueve sobre esta, siendo el proceso de transferencia
influenciado por el movimiento de las partículas del fluido, esta convección es del
tipo forzada, ya que el movimiento del fluido es accionado por una bomba
hidráulica.
1.5.8. SISTEMA OLEOHIDRÁULICO.
Las máquinas de inyección utilizan para su funcionamiento, sistemas de
hidrotransmisión, estos se destacan por su larga vida, seguridad de operación, así
como también de la posibilidad de regular el trabajo; esto se refleja en un
funcionamiento libre de sacudidas, y escalonamientos este tipo de sistemas tiene
la posibilidad de trabajar a grandes presiones durante un largo período de
tiempo, manteniendo una prevención automática ya sea en caso de sobrecargas
en el sistema. Los sistemas de hidrotransmisión, utilizan fluidos tales como el
agua, y ciertos aceites minerales, como medio de transmisión de energía. El uso
de aceites minerales en inyectores generan una serie de ventajas tales como:
Actúan como un medio lubricante, para todos los elementos que están
sometidos a fricción.
Evitan la corrosión de los elementos que pertenecen al circuito del inyector.
Tienen mayor estabilidad en su composición química.
Los sistemas de hidrotransmisión utilizan agua como medio de transmisión de
energía solamente en el caso de existir grandes máquinas, separadas, e
instalaciones de acumuladores que alimentan simultáneamente a grupos de
máquinas, la principal ventaja del agua como medio de transmisión es su
viscosidad constante, entre sus desventajas tenemos:
El agua no es lubricante, por tal motivo las bombas no deberán girar a
velocidades elevadas.
El agua favorece a la corrosión de los elementos que pertenecen al sistema de
transmisión.
El agua posee una baja viscosidad, lo que explica el uso de válvulas de gran
voluminosidad.
Su temperatura de trabajo no podrá ser inferior a 0° C.
El agua en su composición natural posee ciertos minerales, los mismos que
tienden a adherirse a las paredes internas de las cañerías, reduciendo su
capacidad de transmisión.
1.5.8.2. BOMBA HIDRÁULICA.
La bomba hidráulica es el mecanismo capaz de convertir la fuerza mecánica en hidráulica, es el componente que se encarga de generar el movimiento del fluido requerido para la transmisión de energía en la máquina de inyección. Las bombas hidráulicas utilizadas en las máquinas de inyección son de desplazamiento positivo, llamadas así por que además de producir el caudal para el líquido, lo sostiene contra la resistencia opuesta a la circulación. La potencia teórica en CV, absorbida por una bomba, esta expresada por la fórmula:
450
tteor
QpP . (1.1)
en donde: Pteor = potencia de salida (CV) p = presión de salida (kg/cm2) Qt = caudal teórico (lt/min.) Caudal, es el volumen de aceite que entrega la bomba en una unidad de tiempo, a una velocidad establecida, existen bombas que generan un caudal constante entregando siempre el mismo volumen de aceite al variar la velocidad de giro de la bomba, en este caso variando la presión del circuito, mientras que las bombas de caudal variable actúan en función del volumen de aceite, a pesar de no variar la velocidad de giro de la bomba, manteniendo así constante la presión.
PRESIÓN, ES LA PRESIÓN MÁXIMA QUE PUEDE GENERAR UNA BOMBA, A UN CAUDAL
ESPECIFICADO.
Velocidad de giro, de éste se partirá para calcular el tipo de mecanismo que proveerá el movimiento. Rendimiento, es el determinante en la elección de una bomba, en general las bombas poseen tres tipos de rendimientos:
Rendimiento volumétrico V, es debido a fugas internas de las bombas
ideales scondicione en teórico Caudal
bomba la entrega que ef ectivo CaudalV
(1.2)
Rendimiento mecánico C, este rendimiento se debe a la fricción de las piezas
en movimiento.
teórica Presión
ef ectiva PresiónC
(1.3)
Rendimiento total T, es el producto del rendimiento volumétrico, y el
rendimiento mecánico.
absorbe que mecánica Potencia
bomba la entrega que efectiva PotenciaT
(1.4)
1.5.8.3. TIPOS DE BOMBAS OLEOHIDRÁULICAS.
Existen varios tipos de bombas tales como:
1. Bombas de caudal constante
a. Engranajes
Externos
Internos
Lobulares
b. Paletas
Rotor
Equilibradas
c. Tornillo sin fin manuales
2. Bombas de caudal variable:
a. Paletas sin equilibrar
b. Pistones
Axiales
Radiales
Ejes inclinados o barriletes
BOMBAS DE ENGRANAJES. Son de caudal constante, estas bombas trabajan con aceites que poseen una viscosidad de 21, a 61 Engler, su margen de trabajo según su tamaño comprende, entre 1 a 600 l/min, con una presión de trabajo que va desde los 15 a 175 kg/cm2, y su velocidad de trabajo va desde los 500 a 3000 rpm. Estas bombas se dividen en bombas de engranaje externo, e interno.
BOMBAS DE ENGRANAJE EXTERNO. Constan de dos engranajes acoplados dentro de una caja, el eje de la bomba hace girar uno de los engranajes el mismo que arrastra al otro, el continuo movimiento de los engranajes conduce al aceite desde la succión entre las cavidades de los dientes, y las paredes internas de la carcasa de la bomba, hacia el extremo final de la misma, ya aquí el fluido es obligado a la salida, los dientes en el centro hacen el cierre hermético. La siguiente fórmula nos da la posibilidad de calcular el caudal generado por una bomba de engranajes partiendo de sus dimensiones constructivas:
vnbmaQ 222. (1.5)
Q = [mm3/min]
en donde: a = distancia entre centros (mm) m = módulo del diente (mm) b = ancho de la rueda (mm) n = rpm (rev/min)
v = rendimiento volumétrico (0.8 - 0.9) 1.5.8.4. ELEMENTOS DE GOBIERNO.
Los elementos de gobierno son aquellos que permiten el control de una
instalación oleohidráulica, su control abarca la regulación de caudal, presión,
distribución del aceite.
Existe una infinidad de válvulas, que serán seleccionadas según los
requerimientos del sistema a diseñar, las principales características a ser
analizadas previa selección son:
Rango de regulación
Precisión
Presión de pilotaje (máxima, y mínimo)
Rango de viscosidad admisible en condiciones de trabajo
Rapidez a la respuesta, este es el tiempo comprendido entre el accionamiento,
y la respuesta.
Rapidez de retorno a su posición inicial, es el tiempo de respuesta de la
válvula después de su accionamiento.
Mantenimiento de la posición, esta características debe ser constante e
independiente del caudal que circula.
Sensibilidad a los contaminantes
1.5.8.4.1. TIPOS DE VÁLVULAS.
VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS.
Son las encargadas de establecer el destino del fluido, en un circuito. Existe una variedad de válvulas distribuidoras, diferenciadas por el número de vías y posiciones que pueden presentar, además debemos conocer su forma de accionamiento, que puede ser mecánica, eléctrica, entre otras. Las vías son los caminos que el aceite puede tomar dentro de la válvula, mientras que las posiciones representan los diversos estados que puede adoptar la válvula dentro del circuito.
Válvula direccional 4/2 de accionamiento eléctrico y retorno por resorte
VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESIÓN.
Válvulas de seguridad, su misión es la de proteger a los elementos de una
instalación hidráulica, ya que limita la presión máxima del circuito, se la debe
ubicar de manera que esté lo más cerca posible de la bomba, son válvulas
normalmente cerradas llegando a funcionar solamente en el caso de llegar a la
presión preestablecida, estas válvulas se encuentran en el circuito, en derivación.
Válvula de seguridad
Válvulas de alivio, tienen la misión de limitar la presión del circuito, a diferencia
de las válvulas de seguridad son válvulas normalmente abiertas, que mantienen
una presión fija durante el funcionamiento del circuito, son colocadas en serie de
la línea de presión.
Válvula de alivio de presión
Válvulas limitadoras de presión, son válvulas que entran en funcionamiento
cuando el circuito alcanza la presión fijada, se las coloca en derivación y su
misión es la de limitar la presión de pistones, o motores.
Válvula limitadora de presión
Válvulas reductoras de presión, ubicadas en serie, son válvulas NORMALMENTE
ABIERTAS, utilizadas para alimentar subcircuitos que deben trabajar a presiones
menores a las establecidas en las válvulas de seguridad, estas válvulas
mantienen la presión constante circule, o no circule aceite.
Válvula reductora de presión
Válvulas de secuencia, permiten la apertura o cierre de un paso cuando se ha
llegado a una presión preestablecida.
Válvula de secuencia
VÁLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL.
Válvulas reguladoras de caudal no compensadas, regulan el caudal de paso a
través de la línea dependiendo de las diferencias de presión antes y después del
estrangulamiento, a más de la viscosidad del aceite.
Válvula reguladora de caudal no compensada
Válvulas reguladoras de caudal compensadas, regulan el caudal de paso a través
de la línea, manteniendo la caída de presión constante.
Válvula reguladora de caudal compensada
VÁLVULAS UNIDIRECCIONALES.
Válvulas unidireccionales, están diseñadas para permitir la circulación del fluido
en un solo sentido.
Válvula anti-retorno
Válvulas unidireccionales pilotadas, están diseñadas para permitir la libre
circulación del fluido en un sentido, y obstruya el flujo de regreso, hasta que se
abra por medio de una señal de presión (piloto)
Funcionamiento de una válvula anti-retorno pilotada
1.5.8.5. ACTUADORES.
Los actuadores hidráulicos son los dispositivos finales de un circuito, son aquellos
que realizaran las funciones de actuación dentro de la máquina bajo el mando de
las válvulas ya mencionadas, los actuadores hidráulicos son:
Pistones
Motores
Los pistones son utilizados cuando la energía hidráulica debe convertirse en un
desplazamiento lineal de una fuerza, existe una variedad de pistones (de simple
efecto, de doble efecto, diferenciales entre otros) y su diferencia radica en el
trabajo para el cual están destinados, sin embargo, su principio de funcionamiento
es común para todos.
Esquema de un pistón oleohidráulico, muestra sus partes constructivas
Los motores hidráulicos son aquellos que están encargados de convertir la
energía hidráulica en mecánica, esta se refleja en el movimiento rotacional en un
eje, tiene muchas ventajas ya que se puede regular fácilmente su velocidad, y
poseen un alto torque de trabajo.
Esquema de un motor oleohidráulico, muestra sus partes constructivas
1.5.8.6. EQUIPO AUXILIAR.
Filtros son los encargados de evitar que cualquier impureza ingrese a la bomba,
es muy importante para la duración de los elementos hidráulicos ya que garantiza
un aceite limpio, no contaminado.
Presóstatos, están encargados de abrir o cerrar circuitos eléctricos cuando se
alcanza cierto valor de presión preseleccionada de antemano, esta señal eléctrica
manda bombas, electroválvulas o cualquier otro elemento de mando eléctrico.
Termostato, su funcionamiento esta basado según los cambios de temperatura, y
es capas de abrir o cerrar un circuito eléctrico cuando este alcanza una
temperatura preseleccionada.
Manómetros, es el instrumento que sirve para medir la presión del sistema,
Vacuómetro, son instrumentos que miden presiones menores a la atmosférica,
se utiliza para medir la presión existente a la entrada de la bomba
Medidor de caudal (caudalímetro), son diseñados con el fin de medir el caudal
del aceite circulante en los circuitos oleohidráulicos, generalmente son
unidireccionales
1.5.8.7. MONTAJE.
El montaje de un sistema hidráulico puede ser realizado de dos formas, a través
de un sistema de tuberías, o por medio de los sistemas modulares. El término
tuberías abarca las varias clases de líneas conductoras que llevan el fluido
hidráulico entre los componentes, existe tres tipos de tuberías que son las
tuberías de acero, tubing de acero y la manguera flexible. Este tipo de montaje
presenta varias desventajas entre las que podemos mencionar el gran espacio
que se requiere para el montaje total del circuito.
Los montajes modulares, se caracterizan por eliminar sustancialmente el uso de
tuberías para la comunicación del fluido entre los elementos de un sistema
hidráulico, siendo montados en placas bases, especialmente diseñadas, que
están encargadas de distribuir el fluido hacia la válvula distribuidora, e incluso
permite el uso de elementos tales como reguladores de presión, válvulas
direccionales, entre la placa y la válvula distribuidora. Otra variante del montaje
modular es el uso de un colector común, que consiste en una placa base donde
se puede montar varias válvulas distribuidoras, el fluido hidráulico se suministra a
menudo al colector mediante una conexión de presión, y se devuelve por medio
de una conexión de retorno al tanque.
Los montajes por colector común pueden ser horizontales o verticales, y ayudan
a compactar el circuito hidráulico, cabe mencionar que este tipo de montaje no
elimina las líneas de presión hacia los actuadores.
Estas bases de colector común son empleadas para un funcionamiento paralelo
de las válvulas, generando una serie de ventajas significativas, tales como:
Ahorro de espacio
Disminución de fugas
Reducido tiempo en el montaje y desmontaje de los elementos
Fácil detección de averías.
Un sistema de tuberías presta varias desventajas frente al montaje de un sistema
modular, entre las que podemos destacar las siguientes:
Un sistema de tuberías que posee tomas roscadas son fuentes potenciales de
fugas.
El reemplazo y mantenimiento de accesorios son tediosos, y por tanto, su
realización toma mucho tiempo.
El acceso a las unidades puede llegar a ser muy difícil, y su desmontaje puede
obligar al desmontaje obligatorio de otros elementos, o tuberías.
El espacio utilizado, para una construcción de un sistema de tuberías, es
bastante grande.
Montaje modular, muestra los bloques de acoplamiento usado por este método
1.5.9. MANDO Y CONTROL DE UN CIRCUITO.
“Mando o control, es el fenómeno engendrado en el interior de un sistema,
durante el cual uno o varios parámetros considerados a la entrada, actúan según
leyes propias del sistema, sobre otros parámetros, considerados de salida, este
fenómeno origina una acción a través de un órgano de transferencia, como tal o a
través de la cadena de mando1”.
Una cadena de mando es un conjunto de acciones que se realizan a fin de
obtener la ejecución de la orden, estas etapas pueden diferenciarse en función de
los elementos existentes en un circuito.
La electrónica, electricidad, hidráulica, neumática a baja y alta presión, y la
mecánica son las energías que son utilizadas en los mandos de un circuito, cada
una de estas energías presentan ventajas propias, y su elección deberá partir del
tipo de trabajo que se desea realizar, a continuación se descompone una cadena
de mando:
Ejecución de la orden Elemento de
accionamiento
Cilindros
Motores
Unidades operatorias
Motores
Electroimanes
Motores lineales
Salida de la señal Elemento de mando Válvulas distribuidoras
Contactores de Potencia
Transistores de Potencia
Tiristores de Potencia
Tratamiento de la señal Elemento de proceso
(elemento de control)
Válvulas distribuidoras
Válvulas de bloqueo
Válvulas de presión
Contactores auxiliares
Relés
Unidades electrónicas
Introducción de la señal Elemento de señal
Interruptores
Finales de carrera
Programadores
Sensores
Interruptores
Finales de carrera
Programadores
Sensores
Fluencia de la señal Descomposición
tecnológica Hidráulica / Neumática Electricidad/Electrónica
1 Según norma DIN 19226
1.5.10. REPRESENTACIÓN DE DESARROLLOS SECUENCIALES.
La representación de los desarrollos secuenciales es de gran importancia, éstos
ayudan a clarificar el problema a resolver, así como facilita la localización de fallas
en el circuito, son varias las representaciones que se suele utilizar, teniendo cada
una de ellas ventajas propias en el desarrollo de un proyecto.
2.5.6.1 REPRESENTACIÓN GRÁFICA EN FORMA DE DIAGRAMAS.
Son la parte esencial en el desarrollo de los diagramas de funcionamiento, en la
representación gráfica se puede distinguir dos tipos de representaciones, tales
como:
2.5.6.1.1 DIAGRAMAS DE MOVIMIENTO.
DIAGRAMA ESPACIO-FASE.
En este diagrama se representa el ciclo de un elemento de trabajo, quedando en
función de las fases respectivas, anotado el espacio de recorrido. Si existe un
mando con varios elementos de trabajo, estos se los representa de la misma
manera, y ubicándolos uno bajo el otro, siendo relacionados por las fases. En la
siguiente figura esta representado el funcionamiento de un pistón A+, A-.
Cilindro 1A
Posición retraída 0
Posición extendida 1
1
Secuencia de fases
2 3
fase 2fase 1
Línea de Función
(línea de acción)
t(s)
Via
je
Para el trazo de diagramas de espacio–fase debe tenerse en cuenta los
siguientes criterios:
Las fases deben quedar representadas horizontalmente y con distancias
idénticas.
El espacio no se representará en escala, sino en magnitud idéntica para todas
las unidades operatorias
Con varias unidades, no es conveniente elegir demasiado pequeña la
distancia vertical entre los recorridos.
Cuando durante el movimiento se modifica el estado, pueden quedar
introducidas fases intermedias.
No es necesario enumerar las fases.
La designación del estado es libre.
La designación de la unidad respectiva se apuntará a la izquierda del
diagrama.
DIAGRAMAS ESPACIO-TIEMPO.
El funcionamiento de un elemento estará representada en función de tiempo. A
diferencia de los diagramas espacio-fase, se aplica aquí el tiempo t a escala,
representado la unión entre las distintas unidades. En la siguiente figura esta
representado el funcionamiento de un pistón A+, A-.
Secuencia de fases
1 2 3
Tiempo t
Línea de Función
(línea de acción)Via
jeCilindro 1A
Posición retraída 0
Posición extendida 1
fase 1 fase 2
La representación gráfica de los diagramas sigue los mismos criterios que los
diagramas de espacio-fase, a diferencia que en el eje horizontal, deberá tener una
escala graduada que corresponderá al tiempo de trabajo de los elementos.
Los diagramas de espacio-fase ofrece una orientación más fácil, mientras que en
los diagramas de espacio tiempo se puede representar con mayor claridad las
interferencias y las velocidades de trabajo.
El uso de uno u otro diagrama esta en función del siguiente criterio:
Los diagramas espacio–fase es conveniente emplearlos preferentemente para el
diseño y la representación de mando por programa de movimiento, pues en este
caso el tiempo es un parámetro secundario.
Los diagramas espacio–tiempo serán utilizados en el diseño y la representación
de mandos programados, ya que en éste diagrama está claramente representada
la dependencia temporal de las secuencias del programa.
Si ha de hacerse diagramas para elementos rotativos de trabajo, se deberá
emplear las mismas normas básicas, con la diferencia que no se tomará en
cuenta el desarrollo cronológico de las modificaciones de estado.
DIAGRAMAS DE MANDO.
En el diagrama de mando no queda representado el estado de conmutación de un
elemento de control en función de la fase o tiempo, no considerándose su tiempo
de conmutación.
FaseEstado
Off
On
1 2 63 4 5
Selenoide
Los diagramas de mando se trazan en lo posible en combinación con el
diagrama de movimiento.
Las fases o los tiempos se aplicarán fácilmente
La distancia vertical de las líneas de movimientos es a voluntad, siendo
necesario mantenerla clara y legible.
Para la representación de las señales de elementos, líneas de aplicación,
ramales, y asociaciones lógicas, dentro de los diagramas de movimiento se aplica
una serie de símbolos mostrados en la tabla 1.1, cada uno indica las condiciones
actuales del circuito.
DESCRIPCION
Nodo
SIMBOLO
Marcha/Paro
Paro
Marcha
Entrada de otra máquina
Salida hacia otra
máquina
Función Y (signo v)
Función NO (signo ä)
Derivación
Función O ( signo ^)
DESCRIPCION
t 5 s
SIMBOLO
P 5 bars
Temporizador
Presostato
Pulsador (conectado
mientras es pulsado el
botón)
Marcha automática
Paro de emergencia
(color rojo)
Final de carrera
Tabla 1.1 Símbolos según la norma VDI 3260
2.5.6.2 REPRESENTACIÓN SIMBOLICA DE LOS DESARROLLOS
SECUENCIALES.
Representación de las fases por orden cronológico, consiste en describir el
proceso según los pasos a seguir para completar la tarea a realizar.
Representación en forma de tabla, se crea una tabla en donde se describe los
pasos secuenciales que realizara el circuito.
Representación en forma vectorial, se utiliza vectores para representar la
ejecución de un elemento, es una representación muy simplificada.
La salida de un vástago se representa por
La entrada de un vástago se representa por
Representación en escritura abreviada, al igual que la representación en forma
vectorial, esta forma de representación es simplificada, utiliza símbolos para
indicar la acción de un elemento.
La salida de un vástago se representa por +
La entrada de un vástago se representa por -
2.5.7 DIAGRAMAS DE FUNCIONAMIENTO.
Los diagramas de funcionamiento son la representación del proceso de un
problema de mando, independientemente de su realización, este esquema es un
complemento a la descripción verbal del cometido de mando. Utiliza una serie de
reglas y símbolos los cuales se encuentran estandarizados por las normas DIN
40719 (Tabla 1.2). Los diagramas de funcionamiento se emplean para la
representación de las secuencias funcionales de mandos mecánicos, neumáticos,
hidráulicos, eléctricos, y electrónicos, así como para las combinaciones de éstos
tipos de mando, por ejemplo, electro-neumático, electro-hidráulicos, etc.
DESCRIPCION
La denominación señala
al estado, en el cual
tiene una variable
(señal) el valor 1
Resumen gráfico de
líneas de acción
Representacion
simplificada
Inversión de una
denominación
Denominación de
variables
(señales de entrada y
salida)
SIMBOLO
Resumen gráfico de
líneas de acción
Representacion
detallada
Línea de acción en
general
Salidas:
Están dispuesta
preferentemente abajo o
en el lado derecho
Fase
En el campo A figura el
número de la fase. Es
elegible a voluntad. En
el campo B puede
figurar un texto
correspondiente
Función O
Variable en la salida
adopta el valor de 1
solamente, cuando tiene
la variable en por lo
menos una entrada el
valor de 1
Función Y
Variable en la salida
adopta el valor de 1
solamente, cuando
tienen las variables en
todas las entradas el
valor de 1
DESCRIPCION
Entradas:
La entrada esta dispuesta
preferentemente arriba o en el
lado de la izquierda. Por
disposición se puede
prolongar en el lado de
entrada, rebasando una o
ambas esquinas
Punto de interrupción de
una línea de acción
SIMBOLO
Tabla 1.2. Reglas y símbolos gráficos para diagramas de funcionamiento, (según DIN 40719, 6ª parte)
2.5.7.1 CUADROS DE FUNCIÓN GRAFCET.
Los cuadros de función representan procesos que toman lugar en una serie de
pasos claramente definidos. La progresión de un paso al siguiente depende de los
pasos disponibles. Una característica importante es que alguno, o varios pasos,
pueden ser activados, siempre y cuando éstos sean explícitamente programados
como pasos a ser simultáneamente ejecutados. Los cuadros de función describen
en general dos aspectos del control en acuerdo con las reglas definidas:
La acción a ser ejecutada
La secuencia de ejecución
Un cuadro de función es entonces dividido en dos partes, la una representa la
secuencia del tiempo relacionado en la ejecución de los procesos, mientras que la
otra describe la acción a ser ejecutada individualmente, estos son contenidos en
la parte de la acción del cuadro de función, que consiste en bloques ubicados a la
derecha de los pasos.
2.5.7.1.1 ETAPAS.
La etapa es una situación del ciclo de funcionamiento durante el cual el
comportamiento del automatismo de mando permanece constante, y por tanto
todo cambio de comportamiento provoca obligatoriamente el paso de una a otra
etapa. Cada etapa es representada por un bloque e identificado numéricamente,
y puede ser adicionado un nombre simbólico representativo de la etapa.
2.5.7.1.2 TRANSICIÓN.
Una transición es el enlace entre una y otra etapa, y en conjunto con los enlaces
orientados, indican las posibilidades de evolución de una etapa, son
representadas por barras. La condición lógica asociada con la transición es
representada a continuación por una línea horizontal.
2.5.7.1.3 ESTRUCTURA DE SECUENCIAS.
Las combinaciones entre las etapas y transiciones, dan como resultado tres
formas básicas de secuencias estructuradas:
Secuencia linear
Secuencia alternativa
Secuencia dividida (ramal en paralelo)
En una secuencia linear la evolución está dada de etapa, en etapa por cada paso
de transición.
Una secuencia alternativa es aquella en la que dos o varias transiciones suceden
a una etapa, pudiendo ser ejecutada indiferentemente una de otra.
En el caso de los ramales en paralelo, la activación de las etapas parciales es
simultanea.
2.5.7.1.4 ACCIONES.
Una etapa puede tener acciones asociadas y se describen de forma literal o
simbólica (Tabla 1.3), en el interior del recuadro dividido en tres partes. Las
acciones asociadas están ubicadas a la derecha de la etapa.
a: Características de la acción a ser ejecutada
b: Descripción de la acción
c: Información de las retro alimentaciones asociadas al comando
S Memorizada
N No memorizada
D Retardado
F Habilitado
L Limitado
P Configuración de pulso
C Condicionado
Tabla 1.3 Símbolos definidos por las normas DIN 40719, o IEC 848
usadas para describir el orden de ejecución de las ordenes.
2.5.7.2 REDES PETRI.
Los procesos técnicos pueden ser definidos como sistemas con un número finito
de estados y transiciones. Los métodos que contienen estados y transiciones, son
capaces de representar interdependencia entre estos objetos, siendo bien vistos
para ilustrar procesos técnicos. Las Redes Petri son gráficos, que consiste en un
conjunto de nodos y bordes (conexiones).
Un nodo tiene dos significados:
Representación de un estado de posición
Representación de un estado de transición.
Una representación gráfica:
Los estados son simbolizados por círculos.
Las transiciones son simbolizadas por rectángulos.
La representación explícita de un estado de transición tiene dos ventajas
significativas:
El estado de transición puede ser formulado independientemente del evento.
Esto es muy importante en la tecnología de la automatización. Como un
sistema automático debe específicamente afectar el estado de transiciones.
Una transición no necesariamente envuelve un estado, pero puede cambiar
varios estados sobre sus subsecuentes, esto puede resultar en sincronización.
Elementos de las redes Petri.
Posiciones, simbolizan sistemas de estados o situaciones
Transiciones, marcan el intercambio de un estado al siguiente
Marcas, indican el estado corriente de un sistema
Bordes, enlazan posiciones y transiciones en una red.
2.5.7.2.1 CARACTERÍSTICAS LAS REDES PETRI.
ESTRUCTURA JERÁRQUICA, MODIFICACIÓN EN ESTADOS Y
MODULARIZACIÓN.
La estructura aplicable a las redes petri tienen una normalización que va, ya sea
desde arriba hacia abajo, o de abajo hacia arriba. Una ventaja especial de las
redes Petri es que otros métodos de modelado pueden ser utilizados para definir
los módulos que son secundarios a una posición individual.
REPRESENTACIÓN Y SINCRONIZACIÓN DE SECUENCIAS EN PARALELO.
Las redes pueden ser divididas después de alguna posición y transición. Esto
permite la representación de ramales alternativos y paralelos.
REPRESENTACIÓN DE SECUENCIAS Y REPETICIÓN DEL EVENTO.
La secuencia consiste en una sucesión de posiciones y transiciones. Las Redes
Petri son por tanto ideales para la representación de secuencias
REPRESENTACIÓN DE PROBLEMAS PERIÓDICOS.
La correcta operación de sistemas de tiempo real no solamente depende de una
propia implementación de funciones, sino también de la habilidad del sistema para
garantizar una respuesta al evento sin requerimientos de tiempo.
Requerimientos específicos, considerando el tiempo de los sistemas que pueden
ser incluidos:
Tiempo de respuesta en sistemas garantizado dentro de cambios en el tiempo
Cambio de tareas garantizada en sistemas de tiempo real de multitareas.
Monitoreo periódico de etapas
Los modelos de sistemas de tiempo real son usados para diseñar y analizar las
funciones de los sistemas, los requerimientos de tiempo real están siempre
asociados con las funciones lógicas de un sistema, por esta razón, el concepto de
tiempo es incluido en modelos de función orientados tales como las redes Petri
cuando modelan en sistemas de tiempo real. Esto resulta en “funciones
orientadas de modelos desarrollados”
APLICANDO EL CONCEPTO DE TIEMPO A LAS REDES DE PETRI.
El concepto del tiempo es introducido dentro de las redes Petri permitiendo la
representación no solamente de secuencias de eventos, sino también la duración
entre ellos. Este resultado es una nueva clase de redes de Petri, llamadas “Redes
Petri Periódicas”. El tiempo puede ser asignado a la posición y transición. Dando
como resultado los siguientes conceptos:
Posición periódica, cuando una marca alcanza una posición con un valor del
tiempo, la marca no estará disponible para indicar el tiempo. Esto determina la
mínima duración del estado o situación descrita por la posición. La siguiente
transición no puede ser iniciada hasta que toda la posición previa haya sido
concluida.
Transición periódica, esta no inicia hasta que su condición de activación no
haya sido ejecutada y el retraso especificado se haya enlazado. Todos los
recursos necesitados por el análisis de tiempo están por tanto también disponibles
en el mundo de las redes Petri.
ANÁLISIS DEL MODELO DE SISTEMA.
Las redes Petri pueden ser representadas matemáticamente usando matrices. La
matriz red es una representación estructurada, el vector marca el inicio del estado
de transiciones. Esto permite el análisis matemático del modelo la disponibilidad
de cada estado poder ser calculado.
La simulación computarizada de los modelos basados en redes Petri es más
comúnmente analizado con modelos matemáticos, pudiendo ser usada para
descubrir fallas lógicas, problemas en el tiempo, y analizar estados excepcionales.
2.5.7.3 AUTOMATISMO.
La constante evolución en la industria, así como las exigencias en la calidad de
los productos, ha inducido al hombre la necesidad de generar mecanismos, que
liberen su participación, ya sea total o parcial, el desarrollo de un proceso,
creando sistemas automáticos, o semiautomáticos, permiten procesos altamente
confiables, eliminando los errores que generalmente se presentan por fallas
involuntarias, debido a descuidos, o cansancio mental que puede ofrecer un
operador durante su trabajo con el equipo.
Un sistema que esta gobernado por un automatismo, debe trabajar a sistema
cerrado, es decir, debe tener la posibilidad de cuantificar los parámetros a
controlar a través de sensores, y sobre las bases de estos valores hacer las
correcciones requeridas.
Entre las principales ventajas encontradas en los sistemas automáticos son:
Genera procesos constantes y precisos, obteniendo productos de alta calidad.
Aumento de la producción.
Disminución de pérdidas
Reducción de personal
2.5.7.3.1 CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE.
El primer controlador lógico programable (PLC) tubo su aparición en 1968, y fue el
resultado de una constante investigación encaminada a reemplazar los complejo
sistemas de control de relés electromecánicos. Este nuevo sistema de control
tiene las siguientes características:
Simple programación
Cambios de programación sin la intervención en el sistema (sin recableados
internos)
Son pequeños, baratos, y más confiable que los sistemas de control por relés.
Simple y bajo costo de mantenimiento.
Posterior al desarrollo resultó un sistema apto para una conexión simple de
señales binarias. Este control fue realizado en un principio, a través de señales
impresas en tarjetas, tres décadas después el desarrollo de este sistema alcanzó
un enorme progreso, con un incremento de las funciones de programación, y un
consumo de memoria reducido, además de una alta fiabilidad en el sistema a
controlar.
“Un controlador lógico programable (PLC), es un sistema digital operador
electrónico, diseñado para ser usado en el medio industrial, el cual usa una
memoria programable con tareas internas de instrucciones de implementación de
funciones especificas tales como lógicas de secuencia, temporizadas, contadores,
y aritméticas, para controlar a través de señales de entradas y salidas analógicas
y/o digitales, de varios tipos de máquinas o procesos. Ambos, el PLC y su
perímetro asociado esta diseñado para poder ser fácilmente integrados dentro de
un sistema de control y fácilmente usadas en todas las funciones pretendidas.”
2.5.7.4 ÁREAS DE APLICACIÓN.
Cada sistema o máquina tiene un control. Dependiendo del tipo de tecnología
utilizada, los compensadores pueden ser divididos en neumáticos, hidráulicos,
eléctricos, y electrónicos, además una combinación entre estas tecnologías es
frecuentemente usada. Debemos diferenciar entre la programación cableada, y
programación de controladores lógicos. El primer caso es utilizado cuando alguna
reprogramación del usuario se halla descartada, mientras que con el PLC, esta
abierta la reprogramación en función de aplicaciones futuras del sistema. Un
autómata programable suele emplearse en procesos industriales que tengan una
o varias de las siguientes necesidades:
Espacio reducido.
Procesos de producción periódicamente cambiantes.
Procesos secuenciales.
Maquinaria de procesos variables.
Instalaciones de procesos complejos y amplios.
Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso.
Aplicaciones generales:
Maniobra de máquinas.
Maniobra de instalaciones.
Señalización y control.
Entre las ventajas tenemos:
Menor tiempo de elaboración de proyectos.
Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes.
Mínimo espacio de ocupación.
Mantenimiento económico.
Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata.
Menor tiempo de puesta en funcionamiento.
Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo
de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.
Y entre los inconvenientes:
Adiestramiento de técnicos.
Variedad de protocolos de programación.
CAPÍTULO II
3. INYECTOR DE PLASTICO MARCA MATEU & SOLE S. L.
3.1. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO.
El tipo de equipo considerado para el estudio es de inyección por husillo – pistón,
tiene una tecnología perteneciente a la década de los 70s, y el estado de
conservación del equipo es bueno, siendo el control de temperatura el único
sistema modificado, y reemplazado por elementos actuales, utilizando la
hidráulica, como medio de energía para su funcionamiento, consta de los
siguientes sistemas:
Sistema de plastificación
Control de temperatura
Sistema de cierre de la matriz
Sistema oleohidráulico
Sistema de refrigeración
2.1.7 SISTEMA DE PLASTIFICACIÓN.
La carga del material se realiza desde una tolva hacia la cámara de plastificación,
el material es vertido en el interior de la tolva la cual se encuentra ubicada sobre
el tornillo de plastificación, un conducto vertical comunica la tolva con el tornillo, el
cual se encarga de transportarlo hacia la cámara de plastificación, este se realiza
por medio de los filetes del tornillo, cuando este mantiene un movimiento
rotacional, generado a través de un mecanismo de rueda-piñón que esta acoplado
a un motor oleohidráulico, la velocidad de giro esta controlada a través de un
regulador de caudal y presión.
TOLVA
Capacidad 0.862 m3
2.1.7.1 CONTROL DE TEMPERATURA.
Durante el transporte del material, este tiende a cambiar su estructura molecular,
produciéndose la plastificación del material, esto se debe al calor que se produce
por el rozamiento que existe entre el tornillo y las paredes del cilindro de
plastificación, el cilindro a su vez esta envuelto por tres calefactores eléctricos de
transmisión directa, generando así un calor adicional y cuyo aporte ayuda al
material transportado a plastificarse, a fin de ser enviado hacia la cámara de
plastificación, estos calefactores eléctricos dividen al cilindro en tres zonas de
calentamiento, las mismas que son completamente independientes una de otra, y
cuya cantidad de energía calorífica que entregue es regulable, a fin de poder
adaptarse con las condiciones requeridas para la inyección de cada tipo de
material, esta regulación se realiza a través de controles analógicos de
temperatura. Posee tres calefactores eléctricos que son los que generan las tres
zonas de calentamiento del inyector
Unidad de inyección, posee tres zonas de calentamiento
ZONAS DE CALENTAMIENTO
1ra
zona 550 W - 220 V
2da
zona 2 x 800 W - 220 V
3ra
zona 120 W - 220 V
Contactores 3 x AC3
COMPENSADOR “HANYOUNG”, admite la entrada de TERMOCUPLAS TIPO J,
y tiene un control de salida a través de relé, posee un algoritmo de control
ON/OFF, la exactitud del control es de 4.0 °C. El compensador posee las
siguientes características:
COMPENSADOR “HANYOUNG”
Modelo HY 48
Tipo Analógico
Alimentación 110/220 VCA (50/60 Hz)
Potencia de consumo 2 VA
Tolerancia 1.0 % de 500° C
Control de salida ON/OFF
Relé de Control AC 250 V (carga resistiva)
Rango de medida 0-400 °C
Señal de entrada Termocupla tipo J < 100
RTDs < 10
La termocupla es de Tipo J. El tiempo de arranque del equipo es de 1 hora. El
mando de los controladores de temperatura es completamente manual, y
comandado por medio de interruptores, independientes para cada zona de
calentamiento.
2.6.1.2. UNIDAD DE INYECCIÓN.
La inyección al igual que el cierre de la matriz utiliza un pistón oleohidráulico de
doble efecto en su funcionamiento, este se encarga de empujar el material
acumulado en la cámara de plastificación a través de la boquilla de inyección
hacia la matriz, el mando de este sistema es manual, a través de una válvula de
tres posiciones con palanca de accionamiento, por tanto los tiempos de inyección
y sujeción de la matriz no son iguales para cada ciclo de inyección, siendo estos
estimados por el operador del equipo, la potencia de inyección es de 20 TN, con
una capacidad de inyección de 85 gr.
Sistema de inyección por pistón, se puede apreciar el sistema
de tuberías del circuito oleohidráulico anterior
2.1.8 SISTEMA DE CIERRE- APERTURA DE MATRIZ.
Consiste en un mecanismo encargado de evitar la apertura de la matriz durante la
inyección, este mecanismo es un multiplicador de fuerza, y su accionamiento está
dado por un pistón oleohidráulico de doble efecto, el mecanismo que es utilizado
para el cierre y apertura de la matriz es del tipo arrastre de forma, el mando de
A B
A B
este sistema es manual, a través de una válvula de tres posiciones con palanca
de accionamiento, la capacidad de cierre de la matriz es de 50 TN.
Sistema de cierre – apertura de la matriz, por de arrastre de forma
2.1.9 SISTEMA DE DESCARGA DEL PRODUCTO.
Este es realizado por un mecanismo mecánico que consiste en una leva montada
al interior del mecanismo de apertura – cierre de la matriz, la misma que empuja
un vástago cuando la matriz es abierta, empujando a la matriz en sentido
contrario al movimiento, desprendiendo el producto que se encuentra adherido en
el lado de la placa móvil de la matriz, haciendo que este salga, este mecanismo
puede en ocasiones destruir el producto, siempre y cuando el mismo no se halle
con las características finales de producción, determinadas por el sistema de
enfriamiento de la matriz.
2.1.10 SISTEMA OLEOHIDRÁULICO.
El sistema oleohidráulico es un sistema constituido por tuberías de acero, el
esquema oleohidráulico (ANEXO D, Lámina Nº 1), consta de los siguientes
elementos:
CANT DESCRIPCIÓN
1 Bomba hidráulica
1 Válvulas distribuidora
1 Reguladores de caudal
2 Reguladores de presión
1 Filtro oleohidráulico
2 Manómetros
1 Tanque
2.1.10.1 BOMBA HIDRÁULICA.
La bomba que se utiliza en el sistema oleohidráulico del inyector es de tipo de
engranajes externos, siendo sus dimensiones constructivas las siguientes:
DESCRIPCIÓN UNIDAD
Modulo 0.9
Paso 9 mm
Número de dientes 11
Ancho del diente 25 mm
Distancia entre centros 116.84 cm
CAUDAL:
Según la fórmula (1.5):
vnbmaQ 222.
Q = 2.22 3.1416 116.84 0.9 25 1750 0.8
Q= 25.66 x 10 –6 mm3/min
Q = 25.66 l/min
Q 25 l/min
PRESION:
Según la fórmula (1.1)
M
450
tteor
QpP .
En donde:
t
teor
Q
Pp
450.
25
4504p
p = 72 kg/cm2
Bomba del sistema oleohidráulico del inyector, la sección superior
izquierda se muestra la campana de acoplamiento
Además el medio de accionamiento de la bomba es un motor eléctrico trifásico de
marca ASEA/CES, posee un aislamiento CLASE E, y esta regido bajo las normas
IEC, el mismo que es acoplado a la bomba a través de un acople del tipo flexible,
el montaje del motor es vertical, y su conexión de operación es la configuración
delta, presentando las siguientes características:
MOTOR ASEA/CES ( / )
CARACTERISTICAS DESCRIPCIÓN UNIDAD
Potencia 2.95 (4) KW (CV)
Voltaje de Alimentación 380/220 V
Amperaje 7/12 A
Frecuencia 50 Hz
Cos 0.84
Velocidad de giro 1750 RPM
El arranque del motor es directo a través de un contactor eléctrico, no posee
sistemas de protección de sobrecarga, y de cortocircuito, el contactor utilizado es
de tipo AC3, (ANEXO D, Lámina Nº 2).
Motor eléctrico de la bomba del sistema oleohidráulico
2.1.10.2 VÁLVULA DE DISTRIBUCIÓN.
P
1V1 1V3
T
B1A1 B2A2
Es robusta y sólida, el tipo de válvula utilizada es de monobloque, es decir que
tiene en su estructura la función de dos válvulas, que se encargarán del control de
los pistones de inyección, y de cierre de la matriz, el mando de esta válvula es
manual a través de dos palancas de accionamiento y retorno por resorte,
independientes para cada pistón.
Válvula direccional vista posterior
2.1.10.3 REGULADOR DE CAUDAL.
Esta conectado en la línea de entrada del pistón y sirve para regular la velocidad
de inyección del equipo, la regulación es únicamente en un sentido debido a que
posee un by pass, dado por una válvula anti-retorno, evitando de esta manera la
regulación de la velocidad al retorno del pistón, su conexión usa tuberías, y su
control es manual, a través de una perilla ubicada en la parte frontal del regulador,
es robusto y de gran tamaño, la marca de este regulador es ROQUET.
Regulador de caudal del sistema oleohidráulico
2.1.10.4 REGULADORES DE PRESIÓN.
Están conectados a las líneas de entrada de los pistones de inyección, y cierre de
matriz, son robustos y su conexión es en línea. La regulación del caudal es
manual a través de una perilla que posee los reguladores.
Reguladores de presión, del cierre apertura de molde,
y de la unidad de inyección
2.1.10.5 UNIDAD DE MEDIDA Y ALMACENAMIENTO.
Manómetros, Son analógicos y la escala graduada esta sumergida en glicerina
con el fin de eliminar las pulsaciones, están conectados a las líneas de descarga
de los pistones de inyección y cierre de matriz tienen una rango de medida de 0-
200 bar, la marca de los manómetros es Benoit – Paris - Brevete
El aceite utilizado en el sistema oleohidráulico es el MOBILUBE HD 46, que es
un aceite usado en este tipo de aplicaciones, tiene una temperatura de trabajo de
50°C.
Tanque de almacenamiento, está ubicado debajo de los sistemas de inyección y
cierre de la matriz, y dentro de la bancada del inyector, sus dimensiones son: 200
x 40 x 30 cm.
2.1.11 SISTEMA DE ENFRIAMIENTO.
Es usado para evitar el calentamiento del aceite durante el funcionamiento del
equipo, su medio de enfriamiento es por convección, a través de un radiador
sumergido en el aceite y en cuyo interior circula agua a baja temperatura, con el
fin de capturar el calor absorbido por el aceite durante su funcionamiento. El agua
es impulsada por una bomba que es accionada por un motor monofásico con
arranque por condensador, las características del motor son:
MOTOR MONOFASICO
CARACTERISTICAS DESCRIPCIÓN UNIDAD
Potencia ¼ HP
Voltaje de Alimentación 220 V
Amperaje 0.9 A
Frecuencia 60 Hz
Cos 0.9
Diagrama esquemático indica la ubicación del radiador utilizado
en el enfriamiento del aceite hidráulico
2.1.12 SISTEMA DE TUBERÍAS.
Se encarga de la transmisión del aceite entre los diferentes elementos hidráulicos
del circuito, el circuito oleohidráulico es del tipo de tuberías de acero.
DESCRIPCIÓN DIAMETRO
(plg)
Transmisión por elementos hidráulicos 11/16
Succión del aceite 7/8
Conexión de la válvula pilotada 1 ½
Piloto ¼
Para la transmisión hacia el medio de accionamiento del cierre y apertura de la
matriz, esta dado por medio de mangueras de alta presión.
DESCRIPCIÓN CODIGO MARCA
Ingreso del pistón 13/32” R2A – 06 – 0195 – 1 PIRELLI
Salida del pistón 13/32” Y908 SAE 100R5 DOT 730020698 DAYCO EASTMAN
2.7. ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL INYECTOR MATEU & SOLE.
2.7.1. UNIDAD DE INYECCIÓN.
- Diámetro del husillo 36 mm
- Relación L/D del husillo 9.2
- Máxima presión de inyección 140 bar
- Volumen teórico de inyección 106 cm 3
- Capacidad de inyección 85 gr.
- Velocidad máxima de rotación del husillo 50 rpm
- Potencia instalada del calentamiento 3 Kw
- Potencia del motor hidráulico 1.5 HP
- Par máximo del husillo 125 N-m
- Número de zonas de calentamiento del cilindro, 3 zonas
2.7.2. ESPECIFICACIONES DE LA UNIDAD DE CIERRE DE MOLDES.
- Fuerza de cierre en el molde 50 TN
- Mínimo y máximo espesor del molde 300 mm - 500 mm
- Carrera de la platina móvil 800 mm
- Distancia entre columnas 500 mm
2.7.3. ESPECIFICACIONES GENERALES.
- Potencia del motor eléctrico 4 CV
- Potencia máxima instalada 6 Kw
2.8. MODO OPERATIVO DEL EQUIPO.
La operación del equipo es de mando enteramente manual, siendo este uno de
sus principales desventajas, durante el proceso de trabajo, esta accionado por un
operador, quién se encarga de establecer el tiempo correcto durante la inyección
del material, así como la velocidad de cierre y apertura de la matriz.
La operación del equipo podemos dividirlo en tres etapas, que son
necesariamente utilizadas por el operador, y son cumplidas durante el
funcionamiento del equipo.
Etapa de arranque del equipo, esta etapa es la inicial, y se desarrolla antes de
la producción, tiene una secuencia establecida de esta manera se puede
garantizar la buena conservación de las partes del inyector, el arranque del
equipo demora de 1 – 1:30 horas aproximadamente, tiempo que demora el
cilindro de plastificación en estabilizar su temperatura, esto se debe a un
deficiente control de temperatura utilizado en el inyector.
Etapa de purga del equipo, esta etapa es la posterior al arranque del equipo y
se la realiza cuando se desea que el inyector funcione con otro tipo materia prima
a la que se ha estado utilizando en un inicio, este cambio se realiza cuando la
empresa desea entrar a la producción de productos diferentes, la purga del
equipo demora 4 horas.
Etapa de producción del equipo esta etapa es donde el equipo esta
funcionando de manera continua y con una producción relativamente normal, en
esta etapa funcionan todos los sistemas.
2.8.1. SECUENCIA DE TRABAJO.
En el diagrama funcional se indica la secuencia que posee el equipo desde su
etapa de encendido, incluyéndose las etapas de purga y producción, el equipo
posee esta secuencia de trabajo, siendo todo el proceso conducido de manera
manual, por lo que el tiempo empleado en cada etapa nunca es constante, lo que
no permite explotar de forma real la capacidad total del equipo.
Producción terminada
Inyector listo para la producción
Sistemas sin energía
Producción de productos
Apagado de sistemas
Circuito hidráulico habilitado
Motor eléctrico encendido
Calefactores con una temperatura final
Calefactores aumentando temperatura
Encendido
7 N
1 L
6
5
L
L
4
2
N
L
0 N
3 LT° = 130° C t = 40 min T° = 230 °C t = 1 hora T° = 230°C t = 1 hora
Purga del inyector t = 4 horas
Las etapas de purga y producción, tiene a su vez una serie de pasos a cumplir,
por lo que son tomados como subprocesos siendo necesario el detalle de su
secuencia de trabajo de una manera separada consiguiendo así un mayor
entendimiento del proceso.
Material expulsado adquiere características finales de producción
Purga5 L
Cilindro de inyección es retrocedido
Material es expulsado
Cilindro de inyección es retrocedido
Material no deseado es expulsado
Carga de la cámara de plastificación
Cilindro de inyección expulsado
Carga de la cámara de plastificación
Cilindro de inyección expulsado
Carga de la cámara de plastificación
Cilindro de inyección expulsado
5.2 S
5.6
5.5
S
S
5.4
5.3
S
S
5.1 S
Hay que notar que la cantidad promedio de plástico utilizado en la purga es 1kg
aproximadamente variando según las condiciones de la máquina.
6 L
Matriz es llenada
Matriz es cerrada
Producto adquiere características finales
Cilindro 2A es retrocedido
Matriz es enfriada
Cilindro 1A es expulsado
Cilindro 2A es expulsado
Cámara de plastificación, es llenada
Cilindro 1A es retrocedido
Matriz es abierta, el producto es expulsado
Motor hidráulico es encendido
6.5 C
C
Producción de productos
6.4
6.3
6.2
C
L
C
6.1 S
2.9. RENDIMIENTO DEL INYECTOR.
El rendimiento del inyector es estimado a partir de sus características técnicas
tales como la velocidad, y masa de inyección, tiempo del ciclo de inyección, de
esta manera se estima la frecuencia o número de golpes existentes por minuto, se
considera también un tiempo y masa requerido para purgar el cilindro, la tabla 2.1
resume el cálculo del rendimiento del inyector.
MANDO MANUAL
DETALLE UNIDAD FORMULA VALOR
Velocidad inyección Kg/seg A 0,002
Tiempo inyección seg B 5,50
Masa ciclo (Kg) C 0,011
Tiempo ciclo seg D 28,00
Frecuencia ciclos/hora E=3600/D 128,57
Masa (Kg/día) F=C*E 11,31
Tiempo purgas Horas / día G 1,00
Masa Purga (Kg/día) H 1,41
Masa útil (Kg/día) I=F-H 9,90
Rendimiento % R=I/F 87,5
T Uso Horas / año J 1920
COST POLIPROPILENO (USD/Kg) K 1,20
COST DIAR (USD) COST=K*I 13,58 Tabla 2.1 Cálculo del rendimiento del inyector
El rendimiento del inyector con el mando manual es de 87,5 %, esto se debe al
desperdicio del material en la purga del inyector. Se estima el costo diario en
función de la materia prima utilizada por el inyector, en un día de operación
2.10. EVALUACIÓN DEL EQUIPO.
Existe un desperdicio de material, debido a la lenta estabilización de la
temperatura provocada por la inercia térmica que se posee en el cilindro de
inyección, se ve reflejada en el arranque operativo de la máquina, una masa
plastificada de color muy opaco tiende a ser la masa inicial de inyección, siendo
necesario el trabajo de la máquina en vacío, es decir, el empuje del material
estará dado sin la intervención de ninguna matriz, este empuje es realizado hasta
que este material adquiera las características ideales para la inyección. El motivo
fundamental de esta se debe al deficiente control de temperatura que posee el
equipo. A más del gran espesor en la estructura del cilindro de inyección, este
proceso demora una hora aproximadamente, previo el funcionamiento del equipo.
Otra circunstancia que ocasiona el desperdicio del material es el llenado
incompleto de la matriz, esto se debe generalmente a la incorrecta velocidad de
inyección, notada generalmente en casi todo el proceso ya que el mando o control
de este sistema es completamente manual generándose velocidades de inyección
diferentes para la elaboración individual de un producto, reflejándose en
productos mal elaborados.
El proceso operativo del inyector es deficiente siendo su principal desventaja el
mando manual de todos sus sistemas, este mando es el principal obstáculo en el
tiempo global de funcionamiento del equipo, no pudiéndose explotar
eficientemente el funcionamiento de la máquina. El mantenimiento de la máquina
es demorado, ya que posee un sistema oleohidráulico no modular, lo que explica
que los elementos hidráulicos sean montados en línea, y a través de una red de
tuberías haciendo imposible un mantenimiento o reemplazo de elementos de
manera rápida y segura. El sistema oleohidráulico está en buenas condiciones,
siendo el filtro el único elemento que se encuentra en pésimas condiciones
operativas, debido a la ausencia de mantenimiento, teniendo un filtro lleno de
impurezas, sin desempeñar la función para la que fuese ubicado.
2.11. COSTO OPERATIVO DEL EQUIPO.
El costo operativo del equipo asciende a 27971,96 USD (veintisiete mil
novecientos setenta y uno con 96/100 dólares americanos) anuales, el cual esta
detallado en la tabla 2.2, el funcionamiento del equipo esta considerado a un uso
anual de 1920 horas de trabajo, que es el equivalente a 8 horas de trabajo al día,
5 días a la semana, y por 48 semanas al año.
EQUIPO
DETALLE POTENCIA USO/DIARIO CARG. UTIL. COS. UNIT. COST ANUAL
(KW) (HORAS) (kWh) (USD/kWh) (USD)
Bomba Hidráulica 2,95 8 23,6 0,05 283,20
Bomba Refrigeración 0,373 8 2,984 0,05 35,81
Calentador 1 zona 0,55 10 5,5 0,05 46,20
Calentador 2 zona 1,6 10 16 0,05 134,40
Calentador 3 zona 0,12 10 1,2 0,05 10,08
Control de Temperatura 0,002 10 0,02 0,05 0,24
SUBTOTAL 509,93
MANO DE OBRA
DETALLE CANT TIEMPO HOMB. TOT COS. UNIT. COST ANUAL
(HOMBRE) (MES) (H*MES) (USD/H*MES) (USD)
Gerente 1 12 12 666,67 8000,00
Jefe de Mantenimiento 1 12 12 533,33 6400,00
Ventas 1 12 12 400,00 4800,00
Contabilidad 1 12 12 266,67 3200,00
Operador 1 12 12 400,00 4800,00
SUBTOTAL 27200,00
MANTENIMIENTO
DETALLE CANT TIEMPO VIDA UTIL COS. UNIT. COST ANUAL
(GAL) HORAS/AÑO HORAS/GAL (USD/GAL) (USD)
Aceite 35 1920 5000 12,80 172,03
SUBTOTAL 172,03
DETALLE CANT TIEMPO VIDA UTIL COS. UNIT. COST ANUAL
(U) (AÑO) (AÑO) (USD/U) (USD)
Niquelina 3 1 1 30 90
SUBTOTAL 90
TOTAL1 27971,96
Tabla 2.2 Detalle del cálculo de los costos operativos del inyector
Capítulo III
4. METODOLOGÍA DE LA AUTOMATIZACIÓN.
4.1. GENERALIDADES.
El uso de una metodología es de real importancia en el desarrollo de un sistema, esta nos ayudará a encaminar de una manera óptima nuestro proyecto, acorta la duración del mismo, y sintetiza una serie de pasos que pueden ser innecesarios y en ciertos casos inconvenientes, el uso de una metodología apropiada nos asegura éxito en nuestro proyecto.
La metodología que cada persona puede adoptar está diseñada en función de la necesidad, así como de experiencias obtenidas a través de años de trabajo en la rama, por tanto una metodología se la puede ir mejorando y simplificando, obteniendo cada vez un avance en la creación de proyectos, no obstante, la evolución de una metodología puede tener un límite, este tope de la evolución nos indica que se ha encontrado la base real, y por tanto, los proyectos posteriores serán los beneficiados, ya que éstos se manejarán con un alto grado de eficiencia, y eficacia; este nivel alcanzado en el desarrollo del proyecto se ve reflejado en los costos que la empresa tendrá que manejar, ya que se reducirá el tiempo y el riesgo durante la elaboración del mismo, por lo que se podrá manejar de buena manera los recursos destinados al proyecto, elevado la calidad final del mismo. El desarrollo de un proyecto se lo puede dividir en una serie de etapas, cada una tiene su importancia, y finalidad.
1. La planificación del proyecto.
a. Alcance del proyecto
2. Observación y evaluación del equipo
3. Establecimiento del alcance real del proyecto
4. Evaluación del sistema
a. Se determina los posibles sistemas a utilizarse en el proyecto
5. Diseño del sistema y automatismo requerido
1 Es el resultado de la suma de todos los subtotales de la tabla.
a. Descripción detallada del sistema y método a utilizarse en el
proyecto
b. Evaluación del sistema diseñado
6. Evaluación y aprobación del proyecto
7. Puesta en marcha del proyecto
8. Estado de pruebas y ajuste del equipo
9. Capacitación del personal que manejará el equipo
10. Entrega de la documentación actualizada del equipo
LA PLANIFICACIÓN DEL PROYECTO.
Es la primera acción que se deberá tomar, su objetivo es el establecer un correcto
programa, horarios de trabajo, así como el determinar el objetivo al que se desea
llegar, el cual se establece a través de reuniones con el interesado, en donde se
definirán las expectativas que se espera del proyecto, sus posibles soluciones, y
dificultades de así existirlas.
LA OBSERVACIÓN Y EVALUACIÓN.
Es la parte determinante del desarrollo del proyecto, se realiza una serie de
observaciones y se valora el estado real del equipo, por tanto, se puede definir un
alcance real del mismo. En definitiva a partir de aquí se conocerá si se puede o no
cumplir las expectativas deseadas.
ESTABLECIMIENTO DEL ALCANCE REAL DEL PROYECTO.
Con la recopilación de toda la información de la máquina, se establece el alcance real que se puede dar al proyecto, así se busca soluciones con las cuales se pueda cubrir las expectativas, de poder lograrse, caso contrario se puede establecer un sin número de posibles soluciones, con las que se puede cubrir gran parte de lo esperado.
EVALUACIÓN DEL SISTEMA.
Una vez que se establece las posibles soluciones, se realiza un estudio de los
sistemas que se podrán implementar para la consecución de los objetivos
reales de la máquina, todos los posibles sistemas que se deseen implementar,
deberán ser analizados minuciosamente, ya que cada uno tendrá ventajas
propias, y la decisión de utilizar alguno, estará enfocada en el mayor número de
ventajas que preste el sistema, costos de implementación, etc.
Se debe tomar en cuenta que no siempre el sistema más costoso es el más
conveniente, ya que existen factores propios de la máquina, para los cuales no se
necesita implementar algún sistema de elevado costo, pues sistemas
convencionales de costo accesible, pueden cubrir las necesidades de la máquina,
y de esta manera se podrán reducir los costos del proyecto. Una vez que el
sistema a utilizarse esta definido, se deberá justificar su implementación, desde
un punto de vista costo-beneficio, es decir, que la inversión tienda a recuperarse
en un tiempo prudencial, encontrándose de esta manera razón primordial para
poner en marcha el proyecto.
DISEÑO DEL SISTEMA Y AUTOMATISMO REQUERIDO.
Se realiza el diseño del sistema que se determinó va a ser él mas adecuado
para el proyecto, y se lo hace en función de las necesidades y requerimientos del
equipo, a fin de que los cubra en su totalidad, este diseño tendrá que ser hecho
minuciosamente, y responsablemente, así como deberán ser cuidadosamente
evaluado con herramientas muy útiles tales como emuladores, los que permitirán
simular el proceso antes de ser implementado, siendo este paso muy importante,
ya que podremos darnos cuenta de posibles fallas involuntarias que se puedan
dar en el sistema, o de posibles alternativas que se puedan adoptar para
mejorarlo.
LA EVALUACIÓN Y ACEPTACIÓN DEL PROYECTO.
Paso en el cual se decidirá si se lo pondrá o no en marcha, se lo efectúa en una
reunión entre los diseñadores del sistema y el dueño del equipo, aquí se expondrá
el estudio que se realizo a la máquina, así como las soluciones analizadas,
justificando de esta manera el proyecto, se expondrá los pasos a seguir para
poner en marcha el proyecto, y un calendario de tareas que se llevaran a cabo,
para la consecución del proyecto.
La puesta en marcha del proyecto se realiza una vez aprobado el proyecto, y se
basa en la planificación previa, posterior a la implementación del proyecto es vital
realizar una etapa de prueba, a fin de garantizar el funcionamiento del equipo.
3.2. REESTRUCTURACIÓN DEL EQUIPO.
Uno de los pasos importantes es la reestructuración del equipo consiste en la
estimación de los alcances de la máquina, aquí se deberá estimar sus
características operativas, resultando una evaluación comparativa entre las
funciones actuales de la máquina con las funciones que si bien pueden ser las
mismas, serán funciones operativas mejoradas, que darán como resultado una
máquina operativamente mejorada.
3.9.1 DETERMINACIÓN DEL ESTADO ÓPTIMO DE FUNCIONAMIENTO DEL
EQUIPO.
El determinar el estado de funcionamiento apropiado de un equipo inyector, radica
en la determinación del tipo de trabajo al cual va estar sometido, pues de este
dependerá el número de características, o propiedades que el equipo deberá
reunir.
Para la determinación del número de características que el equipo deberá reunir,
se debe establecer:
Las aplicaciones a la cual el equipo estará enfocado.
El tipo o tipos de polímeros, que serán utilizados en dichas aplicaciones.
Proyección de la demanda de productos, en un futuro no muy lejano.
Masa total de inyección.
Para la aplicación a la que el equipo estará enfocado, se requiere conocer cuales
son los requerimientos finales del producto en función del mercado al que este va
a ser distribuido, de este dependerá la selección de los elementos a ser utilizados
en el equipo. Cada polímero posee diferentes propiedades químicas, siendo
diferente su comportamiento a una misma temperatura, presión, y velocidad de
inyección, siendo por tanto, un factor muy determinante la fluctuación de estos
parámetros, ya que polímeros tales como el polipropileno es en cierta manera
tolerante a la variación de la temperatura, mientras que polímeros como el nylon
presenta una tolerancia muy reducida al dicho cambio.
La presión y la velocidad de inyección son determinantes, pues estas varían en
función de las características del molde a llenar, tanto su espesor, su capacidad
de llenado, la refrigeración del mismo, determinarán que la magnitud de dichos
parámetros, por tanto estos deberán ser maniobrables.
Las expectativas que el equipo deberá reunir a un futuro cercano, es también un
factor determinante para la estimación de las características operativas del
equipo, pues una proyección a futuro, podrá preparar a la empresa para que
pueda afrontar con los retos que el mundo moderno presenta. Siendo una muy
buena inversión ya que una re-actualización del equipo el momento de la
necesidad de contar con mejoras en tal o cual sistema, podrá tener un costo
adicional, a más que el estudio que se deberá utilizar para el efecto lleva tiempo,
en resumen, la empresa podría perder tiempo y dinero de no analizar su
proyección en la demanda de ciertos productos.
3.9.2 SECUENCIA DE TRABAJO.
La secuencia de trabajo de un inyector esta basada en el proceso que el inyector
debe cumplir a fin de lograr la transformación del polímero sólido a un polímero
plastificado, ya que es el único estado, con el cual el polímero será inyectado en
la matriz, este proceso es en cierto modo estándar, existiendo ciertas variantes,
poco significativas del funcionamiento entre uno u otro equipo de inyección, no
obstante, este proceso de inyección varía entre tipos de inyectoras, pues sus
sistemas generalmente, no son semejantes.
El proceso que un inyector de plástico debe presentar esta dividido en las
siguientes etapas:
Etapa de cierre y sujeción de la matriz.
Etapa de carga del material.
Etapa de inyección.
Etapa de refrigeración.
Etapa de apertura y descarga del material.
Las etapas son simultaneas, y su conjunto da como resultado el proceso
operativo del cualquier inyector de plástico, siendo el modo operativo variable
según el tipo de inyector que este sea.
1 Proceso del inyectorL
1.4
1.3
1.1
1.2
Matriz es enfriada
Producto adquiere características finales
Estado de inyeccción
Matriz en posición para la inyección
Cámara de plastificación, es llenada
Matriz es abierta, el producto es expulsado
Matriz es llenada
C
C
L
Matriz es cerradaS
C
3.9.3 DETERMINACIÓN DEL CIRCUITO DEL INYECTOR.
El trabajo que realizará un inyector de plástico esta basado en la masa total de
inyección, es decir, el esfuerzo total que le tomará el llenar una matriz; por tanto,
el medio de energía que un inyector puede utilizar para su trabajo puede ser la
neumática o la hidráulica, siendo la neumática utilizada en máquinas de baja
potencia, donde la masa de inyección es pequeña, mientras que, la hidráulica es
un medio de energía que se utiliza con inyectoras de masa de inyección muy
grandes. El uso de cualquiera de estos dos medios de energía, proporciona
distintos circuitos de fuerza y control.
El circuito que estará encargado de comandar se basa en el tipo de inyector a su
mando, ya sea este del tipo de inyección, por pistón ó tornillo, el circuito de
inyección de tornillo esta compuesto de dos pistones, el uno es utilizado para el
movimiento del cierre – apertura de la matriz, mientras que el otro es necesario en
la inyección del material, cabe mencionar que el retroceso del pistón se lo realiza
por carga del material de inyección inducido por el movimiento rotacional,
generado por un motor hidráulico, este movimiento causa el desplazamiento del
material desde la zona de carga, hacia la cámara de plastificación, donde la
poliamida es almacenada hasta el momento de la inyección. Para la estimación
de un circuito de control que cumpla con los requerimientos del proceso, se
establece un diagrama secuencial de todos los pasos que deberá cumplir el
inyector, este nos mostrará todos los elementos adicionales que serán requeridos
a fin de cumplir con las necesidades del inyector.
3.10 SISTEMA DE CALENTAMIENTO DEL INYECTOR.
3.10.1 SELECCIÓN DEL CONTROL DE TEMPERATURA.
La selección del sistema de control es usualmente un compromiso entre la calidad
de control que se desea y el coste del sistema de control. Por tanto este debe
satisfacer la tolerancia requerida en el proceso, no debiendo poseer excesivos
refinamientos que lo encarezcan, la tabla 3.1 servirá como una guía en la
selección del tipo de controlador requerido en el proceso.
CONTROL PROPOSITO APLICACIONES DESVENTAJAS
Todo o nada Control de la variable
de proceso
Control de nivel y temperatura en procesos
de gran temperatura
No existe precisión, es un control
muy inestable
Proporcional Control aproximado de
la variable de proceso
Presión, nivel, y temperatura donde el offset
no es inconveniente.
Offset produce oscilaciones en el
proceso al aumentar la ganancia
Proporcional + integral Minimizar el offset Flujo y presión en líquidos Introduce lentitud e inestabilidad en
determinar los valores del proceso
Proporcional + derivada Respuesta rápida Cuando es necesaria una gran estabilidad
con un offset mínimo y un cambio integral Amplifica la señal de ruido
Proporcional + integral +
derivada
Unión de los tres en
un solo controlador
Proceso con cambios rápidos y retardos
apreciables.
Elimina los anteriores al reunir las
características de los tres
Tabla 3.1 Guía para la selección del controlador de temperatura
La tabla anterior sirve como una orientación con la cual podemos aproximar al
control requerido en el sistema, siendo necesario un análisis posterior de los
requerimientos del sistema a fin de conocer cual de los controladores puede cubrir
dichos requerimientos.
3.10.2 SELECCIÓN DEL SENSOR DE TEMPERATURA.
La selección del sensor de temperatura que se utilizará se lleva a cabo, en
función de parámetros como:
La corrosión
La oxidación
La reducción y la cristalización que desarrolle la f.e.m. relativamente alta
Estabilidad
Bajo coste
Baja resistencia eléctrica
La relación entre la temperatura y la f.e.m. sea de tal que el aumento de esta
sea paralelo al aumento de la temperatura.
La tabla 3.2 puede servir como una guía para la selección de las termocuplas.
-180º C
260º C
0º C
800º C
550º C
950º C
1650º C
1350º C
CR
OM
EL
- C
ON
ST
AT
AN
CR
OM
EL
- A
LU
ME
N
CR
OM
EL
- A
LU
ME
NG
AL
GA
14
GA
LG
A 8
CO
BR
E
GA
LG
A 2
0C
ON
ST
AT
AN
HIE
RR
OC
ON
ST
AT
AN
GA
LG
A 2
0
GA
LG
A 1
4
HIE
RR
OC
ON
ST
AT
AN
CO
NS
TA
TA
NG
AL
GA
8
HIE
RR
O
SATISFACTORIO PERO NO RECOMENDADO
GENERALMENTE SATISFACTORIO
PL
AT
INO
PL
AT
INO
- R
OD
IO B
PL
AT
INO
PL
AT
INO
- R
OD
IOR
o S
Tabla 3.2 Guía para la selección de los termopares
3.11 SELECCIÓN DEL SISTEMA HIDRÁULICO.
La generación del circuito hidráulico, da como resultado la utilización de una serie
de elementos, la determinación de las características de cada elemento es
importante, la selección del sistema hidráulico, por tanto, se basa en los
siguientes parámetros:
Caudal
Presión
Otro parámetro a ser analizado es el montaje que se desea realizar, ya sea este
modular, o por una simple conexión en línea, por tanto deberá analizarse las
ventajas y desventajas que presenta cada una de las alternativas.
La selección de las válvulas esta en función de la norma europea CETOP (Comité
Europeo de Transmisiones Oleohidráulicas y Neumáticas), y cada casa comercial
esta dedicada a la construcción de las mismas están obligadas a cubrir con los
requerimientos de esta norma, el CETOP norma la selección en función del
caudal, y la presión.
Una vez que se estableció los alcances del circuito, es necesario, determinar si
estos objetivos son realizables a través del análisis de los elementos existentes
en el mercado, recurriendo a catálogos de las casas comerciales encargadas de
la construcción y distribución de estos elementos, dándose el caso de encontrar
elementos no existentes en stock, se deberá buscar una serie de posibilidades a
fin de lograr la conformación del circuito hidráulico ya diseñado.
3.4.7. SELECCIÓN DE BOMBAS OLEOHIDRAULICAS.
Presión requerida en el sistema
Caudal requerido en el sistema
Motor eléctrico de accionamiento de la bomba
Montaje de la bomba
Eficiencia de la bomba
3.4.8. SELECCIÓN DE MOTORES OLEOHIDRAULICAS.
Velocidad de salida
Torque de salida
Presión del sistema
Caudal del sistema
Eficiencia del motor
3.4.9. SELECCIÓN DE VÁLVULAS DIRECCIONALES.
Presión máxima del sistema
Caudal máximo del sistema
Tipo de mando (manual, eléctrico)
Tipo de montaje
Número de vías y posiciones requeridas para el mando del actuador
3.4.10. SELECCIÓN DE VÁLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL.
Presión máxima del sistema
Caudal máximo del sistema
Precisión de regulación
Rango de regulación del caudal
Regulación del caudal requerido en un o ambos sentidos
Tipo de montaje
3.4.11. SELECCIÓN DE VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESION.
Presión máxima del sistema
Caudal máximo del sistema
Precisión de regulación
Rango de regulación de la presión
Regulación de presión en uno o ambos sentidos
Tipo de montaje
Función del regulador (válvula de alivio, reductora de presión, limitadora, etc.)
3.4.12. SELECCIÓN DE VÁLVULAS ANTIRETORNO.
Presión máxima del sistema
Caudal máximo del sistema
Presión de apertura
Tipo de montaje
Función a desempeñar en el circuito
En la selección del sistema hidráulico hay que establecer una serie de elementos
adicionales tales como:
Volumen de aceite, requerido por el circuito para su normal funcionamiento, este
se calculará en base del caudal máximo que circulará por circuito, y que es el
máximo generado por la bomba, el volumen requerido para el circuito no deberá
ser menor a, cinco caudales nominales del circuito.
QVace 5 (3.1)
donde:
Vace Volumen del aceite
Qmax Caudal máximo del sistema
Tamaño del tanque de almacenamiento, se calcula en función del aceite que se
deberá albergar, este deberá ser un 30 por ciento mayor al volumen de aceite
utilizado en el sistema oleohidráulico.
VaceV 3.1tan (3.2)
donde:
Vtan Volumen del tanque
Vace Volumen del aceite
La forma del tanque estará aplicable a la disponibilidad de espacio existente para
el equipo, no tiene una forma predeterminada pero deberá ser capaz de alojar los
elementos de mantenimiento del aceite, tales como filtros, intercambiadores de
calor.
Filtros, garantizan un aceite libre de partículas extrañas, que podrían causar el
deterioro de los elementos de circuito oleohidráulico, tales como bomba, válvulas,
etc. El dimensionamiento del filtro se lo hace en función del máximo caudal que
circula por circuito, con un incremento del 20%, la selección del filtro apropiado se
remitirá a los catálogos existentes en el mercado, estarán en función del caudal.
La selección del filtro adecuado deberá ser mayor o igual al caudal calculado.
QFiltro 20.1 (3.3)
siendo:
Q caudal generado por bomba
Tuberías y acoples, existen tres puntos importantes a fin de realizar una correcta
selección, el material, espesor, y el diámetro interior más conveniente para el
circuito. Esto se basa en la presión y caudal máximo existente en el circuito. Para
la estimación de dichos parámetros se posee de la ayuda de monogramas en
donde se relaciona la presión, el diámetro exterior y espesor de la tubería (tabla
3.3)
6
p (bar) dex (mm)
30
20
10
40
50
60
90
80
70
100
200
150
250
300
350
30
e (mm)
9
8
7
10
15
20
5
2
3
4
15
60
40
50
90
70
80
100
150
Tabla 3.3 Relación entre la presión, diámetro exterior y espesor de la tubería
Es recomendable la utilización de tuberías dentro de los circuitos hidráulicos, sin
embargo, la utilización de mangueras de alta presión son una buena alternativa,
generalmente son utilizadas para la alimentación de los actuadores, y su elección
se basa en los siguientes parámetros:
Presión máxima del sistema
Caudal máximo del sistema
Presión de trabajo
Diámetro interno y externo de la manguera
La tabla 3.4 muestra las características de la manguera DIESSE MASTER – BR2,
conforme las normas DIN 20022.
CODIGO NOM INTERNO EXTERNO PRESIÓN PRESIÓN PESO
SIZE DI DE TRABAJO RUPTURA
mm mm bar PSI bar PSI Kg/m
241/20 – 1/4 BR2 1/4 6.3 14.5 400 585. 1600 23500 0.32
241/20 – 5/16 BR2 5/16 8.0 15.5 375 5500 1500 22050 0.35
241/20 – 3/8 BR2 3/8 9.5 17.8 350 5150 1400 20550 0.45
241/20 – 1/2 BR2 1/2 12.7 21.3 300 4400 1200 17600 0.57
241/20 – 5/8 BR2 5/8 16.0 24.0 275 4050 1100 16150 0.67
241/20 – 3/4 BR2 3/4 19.0 28.3 235 3450 950 13950 0.80
241/20 – 1 BR2 1 25.4 36.5 185 2700 750 11000 1.20
Tabla 3.4 Características técnicas manguera DIESSE MASTER – BR2 (Fuente: Norsales Hydraulic Components)
3.12 SELECCIÓN DEL SISTEMA DE MANDO.
Los sistemas hidráulicos requieren de un mando, dirigido a las señales que
determinan las secuencias de movimiento de sus actuadores (cilindros, motores)
y por medio de los cuales se pueda controlar a voluntad el funcionamiento de la
máquina, los sistemas de mando pueden ser:
Mando manual
Mando sostenido
Mando programado:
Dependiendo del desplazamiento
Dependiendo del tiempo
Otros tipos de mando
Mando paso a paso o secuencial
3.5.1 MANDO MANUAL, SOSTENIDO Y PROGRAMADO.
En todo caso los tipos de mando no son siempre independientes, en casi todos
los circuitos se presentan como una combinación de los tres primeros tipos de
control.
El mando manual se caracteriza por que el elemento de mando y el de posición
forman una unidad, existiendo entre la magnitud (señal) de entrada y salida del
mando hay una relación permanente.
El mando sostenido se caracteriza por que la magnitud de salida permanece
después de retirar la magnitud piloto de entrada. A través de la señal de salida u
otro tipo de señal contraria se restituye la situación inicial. Esto se logra con
válvulas que memorizan su posición o son enclavadas en una posición por efecto
de un impulso.
El mando dependiente del desplazamiento las magnitudes pilotos son
proporcionadas por un programa cuyas magnitudes de salida son dependientes
del desplazamiento recorrido.
Los impulsos del mando se originan en válvulas 3/2, o fines de carrera, que dan
una señal de aviso de haber cumplido con el desplazamiento. Toda salida es
iniciada por un impulso de mando, el cual puede ser dado en forma manual o
automática. Las ventajas del mando por desplazamiento radican en la seguridad
del proceso, éste es garantizado por las magnitudes de salida que son
dependientes del desplazamiento.
El mando dependiente del tiempo se entiende como un mando cuyo desarrollo
esta en función de magnitudes pilotos íntimamente relacionadas con el tiempo. La
ventaja de este tipo de mando es que se puede centralizar, presentándose en
forma compacta, y es fácil de programar los impulsos. La desventaja es que el
mando transcurre independiente del proceso de la máquina, es decir, depende
solo del tiempo y de esta manera no se puede garantizar la seguridad del
proceso.
Cada mando tiene sus limitaciones, por tanto, la elección de uno u otro mando
estará en función de los beneficios que este genere al proceso, siendo analizado
desde dos puntos de vista:
Técnico
Económico
Los mandos en si podrán cubrir con los requerimientos del sistema, el mando
manual, es el menos recomendado si de un proceso complejo se requiere, debido
a que este, no presta la velocidad de respuesta recomendada, siendo un proceso
que si bien funciona, se verá afectado por tiempo que se requiera en la ejecución
del proceso. Por tanto no se podrá explotar las cualidades reales de la máquina.
El mando manual es un medio barato de ejecución, no obstante, es un medio
costoso a la hora evaluar la operación del equipo, en función de su tiempo de
operación.
Un mando programado es requerido en procesos complejos, ya que este ayuda a
reducir el tiempo de operación por ciclo en la máquina, el proceso programado se
logra a través de circuitos electromecánicos diseñados para poder cumplir con las
secuencias requeridas en el equipo, este mando utiliza relés y contactores para
su funcionamiento, siendo su instalación tanto difícil por la cantidad de
conductores requeridos, así como un gran número de contactores o relés.
3.13 SISTEMAS AUTOMÁTICOS.
Las máquinas de inyección poseen un sistema automático, el mismo que esta
encargado de gobernar el funcionamiento del inyector, cada uno posee un
sistema automático acorde con las funciones que desarrollará, este gobierno del
sistema se lo realiza a través de elementos electromecánicos, o electrónicos,
cada uno presente sus propios beneficios, siendo la utilización de elementos
electrónicos aquel que presenta mayores beneficios. Este método utiliza
Controladores Lógicos Programables (PLC), en donde a través de una
programación adecuada se logra ejecutar las operaciones del inyector por
secuencias, existen un sin número de PLC, pudiendo ser netamente digitales, los
cuales hacen un control de encendido y apagado, y/o los de control analógico, es
decir que admiten la entrada de señales que varían proporcionalmente en función
de variables, tales como el tiempo, le temperatura, etc.
Un Controlador Lógico Programable, se lo debe seleccionar en función de:
El tipo de entradas requeridas, ya sean estas analógicas y/o digitales.
El número de entradas y salidas requeridas, es decir, en función de los
elementos a los cuales va a gobernar el PLC
Las funciones que el inyector debe realizar, deben ser cubierto por las
funciones existentes en el PLC.
La memoria del PLC debe cubrir la memoria requerida en la programación de
las secuencias de trabajo del inyector de plástico.
Otro de los puntos a ser analizados para determinar el tipo de PLC, que debe ser
utilizado, es el análisis de las características propias del lugar donde el equipo va
a ser instalado, estas deberán ser cubiertas por los datos técnicos de cada uno,
siendo las características a ser analizadas:
Voltaje de alimentación
Grados de protección, etc.
Por tanto, un PLC ideal para el funcionamiento del inyector, será aquel que pueda
cubrir con todas y cada una de las exigencias del sistema, así como del medio
donde este va a ser instalado, esto garantizará un buen funcionamiento del
sistema.
La selección de todos los elementos requeridos en el sistema, ya sean controles
de temperatura, elementos hidráulicos, mandos, y automatismo deben realizarse
bajo consideraciones adicionales como son
Costo y beneficio
Calidad del equipo
Costos de mantenimiento e instalación
Disponibilidad en el mercado
3.14 ANÁLISIS FINANCIERO.
El análisis financiero es una herramienta que nos permitirá evaluar la inversión en
el proyecto desde el punto de vista del inversionista, los ingresos, y egresos que
se generará en el desarrollo del proyecto, a fin de conocer su rentabilidad, y así
decidir si el proyecto es, o no realizable. Por tanto las funciones bien definidas de
un análisis financiero son:
1. Determinar hasta que punto el costo puede ser cubiertos oportunamente
y así contribuir a diseñar el plan de financiamiento.
2. Medir la rentabilidad de la inversión.
3. Generar la información necesaria para realizar una comparación del
proyecto con otras alternativas o con otras oportunidades de inversión.
Un análisis financiero se lo realiza en dos etapas, la primera etapa será la
sistematización y presentación de los costos - beneficios de un flujo de fondos, y
la segunda etapa será un resumen de la primera etapa en un indicador que
permita la comparación con otros proyectos, considerando el valor del dinero en
el tiempo reflejado la rentabilidad del proyecto.
La primera etapa es generalmente construida en períodos anuales donde se
presentará los ingresos y egresos en forma detallada, estos se establecen
mediante estudios realizados en la etapa de formulación del proyecto.
El momento de registrar los ingresos así como los egresos de efectivo, el registro
se lo realiza según la contabilidad en caja.
El período de tiempo en que se van a dar los flujos, dependerá de la
naturaleza del proyecto, este podrá ser trimestral, semestral, anual, etc.
Se supone que los ingresos tanto como los egresos se realizan al final del
período, lo que implica que estos son realizados al final.
El primer período de vida del proyecto se le asigna el nombre de cero.
Un flujo de fondos es la resta de los ingresos menos los egresos que representan
salida en efectivo en el momento en que se realiza, cuando un flujo de fondos se
establece en un proyecto que debe pagar impuestos se lo construirá a partir de
los estados de pérdidas y ganancias del proyecto.
La segunda etapa esta basada a determinar el costo oportunidad del dinero, que
es la tasa mínima que representa la rentabilidad a la que se renuncia al invertir en
un determinado proyecto en lugar de invertir en proyectos alternativos. La
estimación de esta tasa nos ayudará a determinar la rentabilidad de un proyecto,
por medio de criterios tales como el valor presente neto (VPN), tasa interna de
retorno (TIR), la relación costo beneficio (RCB), etc.
Para tomar decisiones sobre la rentabilidad de un proyecto hay que comparar los
beneficios el proyecto con los costos de oportunidad del dinero invertido.
3.14.1 FLUJO DE FONDOS PURO.
Los rubros que conforman un flujo de fondos pueden llegar a ser numerosos,
debido a esto es importante seguir un criterio a fin de establecer un flujo de
fondos libre de errores por defecto u omisión, a continuación se presenta una
estructura recomendable para la conformación de un flujo de fondos:
Ingresos de operación
Costo de operación (incluye impuestos indirectos)
Depreciación
Amortización de activos diferidos
Utilidad antes de participación e impuestos
Participación de trabajadores (15% de utilidad)
Utilidad antes de impuestos
Impuesto a la circulación de capitales
Utilidad antes del impuesto a la renta
Impuesto a la renta (25%)
Utilidad neta
Utilidad en venta de activos
Impuestos a la utilidad de venta de activos
Ingresos no gravables
Costos de operación de deducibles
Valor en libros de los activos vendidos
Depreciación
Amortización de activos diferidos
Costos de inversión
Capital de trabajo
Recuperación de capital de trabajo
A partir de los valores mencionados anteriormente construimos una tabla que se
la realizara en periodos anuales en donde encontraremos el flujo de fondos de
cada período, los valores enunciados podrán ser ingresos (positivos) o egresos
(negativos), el flujo de fondos será la sumatoria de todos los valores.
INGRESOS DE OPERACIÓN AÑO 1
Ingresos + A
Costos de Operación y Mantenimiento - B
Materia Prima - C
Depreciación - D
Utilidad antes de la partición de impuestos e impuestos
+ E
Impuestos - F
Utilidad neta + G
Valor residual + H
Inversión - I
Flujo de fondos neto SUMA TOTAL
No obstante, si el proyecto se lo realizará a través de algún tipo de financiamiento,
se deberá considerar ciertas condiciones en el desarrollo del flujo neto, tales
como pago de los intereses por los créditos recibidos, el crédito recibido, y el pago
del capital que será la amortización principal.
3.14.2 VALOR PRESENTE NETO (VPN).
Representa la suma presente, que es equivalente a los ingresos netos futuros y
presentes de proyecto, la conversión de sumas futuras de dinero a sumas
presentes toma en cuenta el costo de oportunidad del dinero a través de la
siguiente fórmula, la misma que nos dará una proyección a fin de determinar el
valor presente del proyecto.
n
ni
FNCnnNPV
01 )(
... (3.4)
donde:
VPN = valor presente neto
FNCn = flujo de fondos al año n
i = tasa de interés
n = número de períodos
Cuando el VPN es positivo significa que después de cubrir todos los costos
inversión y el costo de oportunidad, el proyecto generará recursos adicionales; si
el VPN es cero significa los recursos generados permiten cubrir exactamente el
costo de inversión, mientras que si el VPN es negativo implicará que los
beneficios del proyecto no compensan los costos de oportunidad así como la
inversión hecha en el proyecto.
3.14.3 LA TASA INTERNA DE RETORNO (TIR).
Es otro criterio que ayudará a determinar la fiabilidad del proyecto, y se define
como la tasa de interés que hace que el VPN sea igual a cero. Su cálculo es un
proceso complicado si la vida útil del proyecto es mayor a 2 años, ya que la
solución se encuentra despejando i de la ecuación:
n
kk
k
i
BN
0 10
)( (3.5)
La TIR tiene la ventaja de no necesitar ningún valor especifico de la tasa de
interés de oportunidad. Una desventaja de utilizar este indicador es que el
comportamiento esta en función del flujo de fondos, por tanto se podrá encontrar
casos en los cuales no existe una tasa definida, mientras que en otros casos
generarán más de una solución, así es necesario en estos casos determinar la
tasa única de retorno TUR, con la cual se podrá resolver los problemas de la
inexistencia o existencia múltiple de la TIR.
Esta se calculará a partir de la siguiente fórmula,
1...
1
T
P
FRUT (3.6)
donde
F = valor equivalente de los ingresos
P = valor equivalente de los egresos
T = vida útil del proyecto
3.14.4 LA RELACIÓN COSTO BENEFICIO (RCB).
Al igual que el VPN, la TIR, y la TUR, este es un indicador que nos permite
evaluar la rentabilidad de un proyecto, no existe un proceso definido para el
cálculo de la Relación Costo Beneficio, no obstante, dos métodos son utilizados.
El cociente del valor presente de los beneficios brutos para el valor presente
de los costos brutos
El cociente del valor presente de los beneficios netos para el valor presente de
los costos netos
3.15 FACTIBILIDAD DEL PROYECTO.
La factibilidad del proyecto se determinará luego del análisis de indicadores (VAN,
TIR, TUR, y RCB), siendo las conclusiones obtenidas las siguientes:
3.15.1 VALOR PRESENTE NETO (VAN).
VPN > 0, el proyecto debe ser aceptado.
VPN = 0, será indiferente entre la realización o no del proyecto en función de
escoger otras alternativas de inversión.
VPN < 0, el proyecto no vale la pena, existiendo alternativas de inversión que
arrojan mayor beneficio.
3.15.2 LA TASA ÚNICA DE RETORNO (TUR).
TUR > tasa de oportunidad, el proyecto debe ser aceptado.
TUR = tasa de oportunidad, será indiferente entre la realización o no del
proyecto en función de escoger otras alternativas de inversión.
TUR < tasa de oportunidad, el proyecto no vale la pena.
3.15.3 LA RELACIÓN COSTO BENEFICIO (RCB).
RCB > 1,el proyecto es aceptado.
RCB = 1, es indiferente la realización del proyecto, los beneficios netos
compensan el costo de oportunidad.
RCB < 1, el proyecto debe ser rechazado, pues el valor neto de los beneficios
es menor que el valor presente de los costos.
3.15.4 FLUJO DE FONDOS INCREMENTAL.
El flujo neto de fondos incremental, consiste en encontrar la diferencia de los
flujos netos generados antes y después de la ejecución del proyecto, este
representa la contribución del proyecto a la generación de fondos, pudiéndose
realizar el análisis de factibilidad del proyecto a partir de este flujo.
3.16 PERÍODO DE RECUPERACIÓN.
También denominado payback, pay cash, payout o payoff, indica el tiempo que la
empresa tardará en recuperar la inversión, con la ganancia que genera el
negocio. Es una cantidad de meses o años.
El cálculo del período de recuperación se lo puede realizar por el método de
interpolación o método del tanteo. Este consiste en realizar una sumatoria de los
flujos netos de caja para dos períodos diferentes dentro de la vida de una
proyecto, para realizar una interpolación entre estos dos montos y períodos, así
se determinará el tiempo exacto en donde el proyecto ha cubierto la inversión
inicial. La aceptación del período de recuperación está a criterio del inversionista.
FNC ($)
T1 T2
T (a)SFNC1
SFNC2
PR
21
1211
SFNCSFNC
TTSFNCTPR (3.7)
Donde:
PR = Período de Recuperación
SFNC1 = Sumatoria de Flujos Netos de Caja (primer período)
T1 = Tiempo de la SFNC1
SFNC1 = Sumatoria de Flujos Netos de Caja (segundo período)
T2 = Tiempo de la SFNC2
Capítulo IV
5. REPOTENCIACION Y AUTOMATIZACION DEL EQUIPO
5.1. ANÁLISIS Y DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE
FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO.
La determinación de los parámetros de funcionamiento del equipo, se basa en el
fin aplicable al equipo, su disponibilidad de inyectar materiales que son sensibles
a los cambios de temperatura obliga la utilización de controles de temperatura
tales como los PID, garantizando de esta manera una temperatura de trabajo
estable, regresando en el caso de haber perturbaciones al punto de calibración en
el menor tiempo posible, eliminando el error característico del offset. Un sistema
hidráulico que controle efectivamente a los actuadores existentes en el inyector,
pudiendo variarse parámetros tales como velocidad de inyección, velocidades de
apertura, cierre de molde, generando presiones de sostenimiento, y contrapresión
al husillo, eliminando los gases en el cañón o cilindro de plastificación, mandos
que permitan la ejecución del ciclo de inyección de forma manual, etapa
calibración donde el operador ajusta todos los parámetros para un normal trabajo
del inyector, y un mando programado, en donde el equipo tendrá la disponibilidad
de trabajar en un ciclo único, o en ciclos continuos, obteniendo productos de
buena calidad, libre de desperdicios, por maniobrar erróneas provocados por el
operador.
5.1.1. POLÍMEROS DE TRABAJO
T1 T2
POLÍMERO
PARAMETROS DE INYECCION
SÍMBOLO P1 P2 P3 T1 T2 SEN
NOR. ISO Bar Bar Bar ° C ° C ºC
Poliestireno de Impacto SB 80 – 120 40 – 60 8 – 12 200 – 220 30 – 50 3
Acrilonitrilo – Butadieno – Estireno ABS 80 – 120 40 – 60 8 – 12 220 – 240 60 – 80 3
Polietileno Baja Presión PEHD 50 – 100 25 – 50 5 – 10 180 – 200 30 – 50 5
Polietileno Alta Presión PELD 80 – 120 40 – 60 8 – 12 220 – 240 30 – 50 5
Polipropileno PP 80 – 120 40 – 60 8 – 12 270 – 250 30 – 50 3
Grilon A28 GM 80 – 120 40 – 60 8 – 12 170 – 220 60 – 80 1
La tabla anterior enumera los polímeros con los que usualmente trabaja la
empresa, y los parámetros teóricos de inyección recomendados, cada uno de los
cuales están detallados a continuación:
Presión de trabajo (P1), es la presión de inyección que se debe generar en el
inyector a fin de garantizar el llenado completo del molde, esta presión es variable
según el tipo de material a inyectar.
Presión de sostenimiento (P2), es la que existe una vez que el molde ha sido
llenado, y su presencia es la de mantener una presión de sostenimiento del
material que llena el molde, garantizando las dimensiones finales producto,
evitando así la contracción de sus dimensiones por efecto del enfriamiento del
material en el molde, cabe indicar que esta es la mínima presión que debería
existir en el husillo, siendo su limite máximo la presión de trabajo (P1).
Contra presión (P3), es la existente en el husillo durante su etapa de carga de
material, su función es crear una fuerza de oposición al regreso del husillo durante
el desplazamiento del polímero a la cámara de plastificación, evitado la
acumulación de gases dentro del cilindro de plastificación, siendo perjudicial pues
se obtendría rugosidades o burbujas de aire en el producto final, disminuyendo
su calidad, esta contra presión garantiza que estos gases se acumulen en la
punta de inyección, así en el llenado del molde estos gases serán inyectados
inicialmente, escapando a la atmósfera por entre las placas del molde,
conjuntamente con el aire existente en el interior del mismo.
Cabe indicar que las presiones mencionadas anteriormente son las existentes en
la etapa de inyección, mientras que en la etapa de apertura y cierre de molde se
la realiza con una presión totalmente independiente a las mencionadas, y estas
dependen del tipo de molde montado en el inyector.
Temperatura de inyección (T1), es la temperatura promedio que el cilindro de
plastificación debe poseer a fin de entregar el calor suficiente para que el polímero
pueda cambiar a su estado de inyección, cabe señalar que el inyector posee tres
zonas de calentamiento las mismas que no necesariamente deberán estar a la
misma temperatura, cada zona debe controlarse independientemente, y sus
temperaturas de trabajo recomendadas dependen del tipo de material a ser
inyectado.
Sensibilidad (SEN), es el grado de reacción que tiene cada polímero a la
variación de la temperatura, es propia de cada uno y de no garantizar la
temperatura del cilindro de plastificación dentro de la sensibilidad de cada
material, este podría presentar dificultades en el proceso, ya que su viscosidad es
afectada en función de la temperatura, por tanto el material puede presentar
problemas durante el llenado del molde, si la variación de la temperatura es
crítica, se pueden presentar hechos tales como la degradación del material, por
tanto se debe buscar un control de temperatura que brinde una buena precisión, y
esta debe estar en función del material que permita una menor variación en su
temperatura.
5.2. SELECCIÓN DE LOS ELEMENTOS REQUERIDOS.
5.2.1. CONTROL DE TEMPERATURA.
El control de temperatura de las zonas de calentamiento del inyector deberá ser
muy preciso y estable, esto se debe a la sensibilidad de ciertos polímeros al
cambio de temperatura admisible, por tanto un control PID es el ideal para el
inyector, garantizando un control con mejor exactitud, muy estable pues se
elimina variaciones de temperatura, abriendo un mayor tratamiento de productos
a ser inyectados por la máquina.
Luego de un análisis de los controles de temperatura existentes en el mercado,
uno que nos brindo tanto los requerimientos técnicos, como económico fue el
control de temperatura Micro-controller X modelo PXV4 (ANEXO C), de la
Compañía Fuji Electric, de patente japonesa, éste tipo de control es flexible al
tipo de señal de entrada, admitiendo cualquier tipo de transductor (termocupla,
RTD’s, Termistor), no obstante y debido al rango de temperatura máxima de
300ªC, se opto por la termocupla Tipo J (Tabla 3.2), que posee un rango de
medición de temperatura que va desde los –180ºC hasta los 750ºC, siendo un
margen que engloba los niveles de temperatura mencionado anteriormente
5.2.2. SISTEMA HIDRÁULICO.
El diseño del circuito hidráulico, ayuda a determinar los elementos que se
requieren para cubrir los objetivos del inyector, este circuito debe cumplir las
siguientes condiciones operativas:
CONDICIONES DE SEGURIDAD
Proteger el sistema de fallas que podrían causar su destrucción total o parcial de
los elementos existentes en el sistema
CONDICIONES DE TRABAJO
Generar las presiones necesarias para la operación del inyector.
Presión de inyección
Contra presión
Presión de apertura y cierre de molde
Regulación en la velocidad de inyección
Regulación en la velocidad de cierre y apertura de la matriz
Regulación de la velocidad de carga de material a la cámara de plastificación
Se debe enfocar al diseño de un circuito que fácilmente cumpla las características
enunciadas anteriormente, debiéndose considerar la posibilidad que el diseño
permita un control automático del inyector, por tanto los elementos de gobierno
que posea el circuito hidráulico deberán poseer accionamiento eléctrico, debido a
que este tipo de elementos permite la implementación de un sistema automático.
El circuito hidráulico diseñado para el trabajo del inyector esta adjunto en el
ANEXO D, Lámina N° 3.
FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO HIDRÁULICO.
El circuito hidráulico presenta dos reguladoras de presión, y son las que permiten
generar las presiones de trabajo, tanto para la inyección, como para el cierre –
apertura de la matriz, la fijación de una u otra presión se lo realiza a través de la
válvula 4/2 de accionamiento eléctrico 1V3, que es la encargada de enviar el
fluido por una u otra reguladora de presión, a la salida de las reguladoras de
presión existen válvulas anti-retorno (1V6 - 1V7), y permiten mantener el flujo del
fluido en una sola dirección, el circuito presenta una válvula direccional 4/3 de
accionamiento eléctrico 1V8, que gobierna al pistón 1A1 permitiendo la apertura o
cierre de la matriz, posee regulación de la velocidad a través de las reguladoras
de caudal 1V10 – 2V10. La línea de presión de cierra de matriz posee una
válvula anti-retorno pilotada 1V9 a través de la cual se protege a la electroválvula
1V8 de esfuerzos creados en la línea hidráulica durante la inyección del material,
existe un pistón de inyección 1A2, y un motor hidráulico 1A3, que es gobernado a
través de la válvula direccional 1V11, que es una válvula 4/3 de accionamiento
eléctrico, y tanto el pistón como el motor hidráulico tienen regulación de sus
caudales a través de las válvulas 1V12 – 2V12 respectivamente, el pistón de
inyección posee a su vez una válvula de contrapresión con válvula anti-retorno
1V13, y su intervención en la operación del equipo se la realiza únicamente
durante la etapa de carga de material, el motor hidráulico posee regulación de la
presión de trabajo por medio de una válvula reductora de presión 1V14. El circuito
presenta una válvula 4/2, de accionamiento eléctrico 1V1, y su función es la de
permitir un arranque de la bomba sin carga, pues esta encargada de enviar el
aceite directamente al tanque realizando un venteo de la unidad. A más posee
una válvula de alivio de presión 1V2, que protege al circuito de sobre presiones
que puedan destruir los elementos hidráulicos que conforman el circuito.
5.2.2.1. SELECCIÓN DE LOS ELEMENTOS HIDRÁULICOS.
BOMBA HIDRAULICA
La bomba hidráulica existente en el inyector es del tipo de engranajes, sus
características técnicas son:
CARACTERISTICA CAPACIDAD UNIDAD
Caudal 25 L/min.
Presión 72 Bar
VOLUMEN DE ACEITE DEL SISTEMA HIDRÁULICO
EL volumen de aceite requerido por el sistema y deducido a través de la fórmula
3.1
lVace
lVace
QVace
125
255
5
tamaño del tanque
El tamaño mínimo del tanque es calculado a través de la fórmula 3.2
lV
lV
VaceV
5.162tan
1253.1tan
3.1tan
FILTRO (1Z1)
El dimensionamiento del filtro de succión deberá estar en función del valor
alcanzado la siguiente fórmula 3.3:
LPMFiltro
LPMFiltro
QFiltro
7.29
2520.1
20.1
No. DE SERIE DIAM.
(in)
CAUDAL
(LPM) MARCA
FEI – 100 / 125 V /10 ¾ 45 ATOS
MF – 04 ¾ 33 NORTHMAN
SFN-06 ¾ 46 KOMPASS
Debido a que se trata de un sistema automático, las válvulas direccionales a ser
utilizadas en el circuito deberán ser de accionamiento eléctrico, las características
eléctricas de las bobinas de las electroválvulas se indican a continuación:
CARACTERISTICA CAPACIDAD UNIDAD
Voltaje 220 V
Frecuencia 60 Hz
La selección de los elementos esta basado en el circuito hidráulico del ANEXO D,
Lámina N° 7, y referidos a los catálogos de varias casas fabricantes como son:
ATOS marca Italiana, NORTHMAN marca Taiwanesa, y KOMPASS marca
Japonesa. Cada una presenta la misma función siendo cada una de ellas
equivalentes entre sí para la función prestada en el circuito. Todas las casas
fabricantes son mundialmente reconocidas, y poseen reconocimiento ISO 9002.
VÁLVULA DE ALIVIO (1V2)
OUT 2
OUT 1IN
a
No. DE SERIE DIAM.
(in)
CAUDAL
(LPM)
P
(bar) MARCA
ARE – 15 / 250 – 30 ½ 45 1 ATOS
RF – T04 – 3 – 30 ½ 100 1 NORTHMAN
BHT-04-H ½ 70 1 KOMPASS
VÁLVULA DIRECCIONAL (1V1)
OUT 2
OUT 1IN
a
No. DE SERIE CAUDAL
(LPM)
P
(bar) MARCA
DHI – 0630/2 – A – N 230 AC 50 350 ATOS
SWH – G02 – C9B – R220 – 20 – M 40 210 NORTHMAN
D5-02-2B2-A26-L 40 350 KOMPASS
VÁLVULA DIRECCIONAL (1V3)
OUT 2
OUT 1IN
a
No. DE SERIE CAUDAL
(LPM)
P
(Bar) MARCA
DHI – 0630/2 – A – N 230 AC 50 350 ATOS
SWH – G02 – C9B – R220 – 20 – M 40 210 NORTHMAN
D5-02-2B2-A26-L 40 350 KOMPASS
VÁLVULA DIRECCIONAL (1V8)
b
a
P T A B
No. DE SERIE DIAM.
(in)
CAUDAL
(LPM)
P MAX
(bar) MARCA
DHI – 0711/2-N 220AC/10 ¼ 50 320 ATOS
SWH – G02 – C2 –R220 – 20 – M ¼ 40 210 NORTHMAN
D5 – 02 – 3C2 – A26 – L ¼ 40 250 KOMPASS
VÁLVULA DIRECCIONAL (1V11)
b
P T A B
No. DE SERIE DIAM.
(in)
CAUDAL
(LPM)
PMAX
(bar) MARCA
DHI-0713 – N 220 AC / 10 ¼ 50 320 ATOS
SWH-G02-C4-R220-20-M ¼ 40 210 NORTHMAN
D5-02-3C4-A26-L ¼ 40 250 KOMPASS
VÁLVULAS REDUCTORAS DE PRESIÓN (1V4 – 1V5)
1V4 70-210T
OUT
IN
No. DE SERIE DIAM.
(in)
CAUDAL
(LPM)
P
(bar) MARCA
AGIR – 10 / 250 / V / 40 3/8 60 8 – 250 ATOS
PRCV – T03 – 3 – 10 - N 3/8 50 70 – 210 NORTHMAN
BHT-04-H 3/8 50 70 – 210 KOMPASS
1V5 35 – 140
No. DE SERIE DIAM.
(in)
CAUDAL
(LPM)
P
(bar) MARCA
AGIR – 10 / 250 / V / 40 3/8 60 8 – 250 ATOS
PRCV – T03 – 2 – 10 - N 3/8 50 35 – 140 NORTHMAN
BHT-04-H 3/8 50 70 – 210 KOMPASS
VÁLVULAS UNIDIRECCIONAL (1V6 – 1V7)
IN
OUT
No. DE SERIE DIAM.
(in)
CAUDAL
(LPM)
P
(bar) MARCA
ADR – 06 / 2 / 30 3/8 25 400 ATOS
CI – T03 – 05 – 10 – N 3/8 30 210 NORTHMAN
CIT – 03 – A1 3/8 30 250 KOMPASS
VÁLVULA PILOTADA UNIDIRECCIONAL (1V9)
TP A B
No. DE SERIE DIAM.
(in)
CAUDAL
(LPM)
P
(bar) MARCA
HR-014 / 1 / 10 ¼ 50 350 ATOS
MPC – 02B – 30 ¼ 35 210 NORTHMAN
MPB-02-B ¼ 40 250 KOMPASS
VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL
TP BA
(1V10 – 2V10)
No. DE SERIE DIAM.
(in)
CAUDAL
(LPM)
P
(bar) MARCA
HQ – 012 / G / 40 1/4 50 350 ATOS
MT – 02W – K - 30 ¼ 35 210 NORTHMAN
MSW-02-X ¼ 40 250 KOMPASS
TP BA
(1V12 – 2V12)
No. DE SERIE DIAM.
(in)
CAUDAL
(LPM)
P
(bar) MARCA
HQ – 012 / G / 40 1/4 50 350 ATOS
MT – 02W – K - 30 ¼ 35 210 NORTHMAN
MSW-02-Y ¼ 40 250 KOMPASS
VÁLVULA DE CONTRAPRESIÓN (1V13)
OUT
IN
No. DE SERIE DIAM.
(in)
CAUDAL
(LPM)
P
(bar) MARCA
SCV – T03 – 0 – 20 – N ¼ 50 18 - 35 NORTHMAN
HCT-03-N-1 3/8 50 9 -18 KOMPASS
VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN (1V14)
OUT
IN
No. DE SERIE DIAM.
(in)
CAUDAL
(LPM)
P
(bar) MARCA
AGIR – 10 / 32 / V / 40 3/8 50 3 - 32 ATOS
PRCV – T03 – 1 – 10 - N 3/8 50 7 – 70 NORTHMAN
RT-03-B 3/8 50 0 - 70 KOMPASS
MANIFOLD (1Z7)
T
P
B1A1 B2A2
No. DE SERIE DIAM.
(in)
CAUDAL
(LPM)
P
(bar) MARCA
M02 – 2E – 2 ¼ 35 210 NORTHMAN
MMC-02-A-2 ¼ 35 250 KOMPASS
MANÓMETRO DE PRESIÓN (1Z8 – 1Z11)
IN
No. DE SERIE DIAM.
(in)
TAMA
(mm)
P
(bar) MARCA
X – MAN – 60 / 250 ¼ 60 0-250 ATOS
G 60 LM – 210 – B - 10 - N ¼ 40 0- 210 NORTHMAN
213.53.63L/5000 ¼ 25 0-300 KOMPASS
Los elementos antes mencionados presentan características constructivas
equivalentes y una calidad aceptable, no obstante, la marca Kompass (ANEXO C)
fue la seleccionada por las siguientes características
Bajo costo de inversión
Disponibilidad en el mercado
Información técnica del equipo
Calidad de los elementos
ACOPLES Y ACCESORIOS
La selección de los acoples y accesorios utilizados en el sistema se lo realizó
durante la etapa de montaje del inyector, ya que debiéndose adaptar los
elementos hidráulicos al espacio físico existente en el interior del inyector se hace
muy difícil el establecer el número exacto de elementos auxiliares, la selección de
las mangueras requeridas para el circuito sé baso en las tablas 3.3, 3.4 y
adaptándose a los elementos existentes en el mercado nacional, los siguientes
parámetros fueron los analizados en la selección de los acoples y accesorios:
No. DE SERIE LONG.
(M)
DIAM.
(in)
P
(bar)
Pistón de inyección 2 ½ 350
Pistón de matriz 1.5 ½ 350
Motor oleohidráulico 1.2 ½ 350
5.2.3. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN.
El sistema de refrigeración es muy importante que se encarga de mantener un
margen de temperatura necesario en el aceite hidráulico, de tal modo que éste
mantenga su grado de viscosidad, reuniendo las características ideales para su
trabajo dentro del circuito. El sistema de enfriamiento, consiste de un radiador, el
cual es sumergido en el aceite, por cuyo interior circula agua a temperatura
ambiente, absorbiendo el calor adquirido.
5.2.4. SISTEMA DE ARRANQUE DEL MOTOR.
El arranque del motor eléctrico es directo, debido a que es un motor de 4 HP,
siendo este arranque el ideal en motores menores a 5 HP, la protección se la
realiza a través de un arrancador de 4 HP, el cual posee los dos tipos de
protección en un solo bloque, de esta manera se logra un montaje sencillo, y
compacto. El circuito de arranque utilizado en el proyecto se muestra en el
ANEXO D, Lámina N° 6.
5.2.5. SISTEMA DE MANDO.
El mando utilizado en el inyector es programado:
Dependiente del desplazamiento.
Este mando es el indicado a efecto de conseguir un sistema automático, pues es
el que genera la señal que permite el cambio de estado de los mecanismos
durante el funcionamiento del inyector, brindado además un estado de protección
a los elementos.
En el presente proyecto, se consideró un mando dependiente del desplazamiento,
basado en micro elementos del tipo industrial, existentes en el mercado nacional,
dichos elementos presentaron características constructivas que se ajustaban a las
necesidades del proyecto, dichos micros están ubicados en puntos donde se
puede obtener una señal del recorrido de los elementos actuadores tales como
cierre – apertura de matriz, y máxima inyección, así como el recorrido de husillo
durante la carga del material, el tipo de micro elemento a utilizar esta sujeto al
montaje previsto en la máquina, por tanto para nuestro proyecto se determino dos
tipos de micro elementos, el TIPO RODILLO que se utilizo en el mecanismo de
apertura – cierre de la matriz, y el TIPO PALANCA utilizado en el mecanismo de
inyección, y mecanismo de carga de material.
Este mando fue seleccionado debido a que es un sistema que nos garantiza el
movimiento y posicionamiento de los actuadores, lo que no ocurre con cualquier
otro tipo de mando, permitiendo así un sistema fiable durante su operación.
5.2.6. SISTEMA DE CONTROL
Es aquel que gobernará el Inyector, desde su arranque hasta su parada, el
sistema de control que fue implementado en el proyecto abarca un automatismo,
sistema de arranque y parada del motor, elementos de protecciones de la parte
de potencia y de control. El circuito de control utilizado en el proyecto se muestra
en el ANEXO D, Lámina N° 4.
5.3. DISEÑO DEL CIRCUITO DE CONTROL.
5.3.1. DETERMINACIÓN DE LA SECUENCIA DE TRABAJO.
La secuencia de trabajo que debe cumplir el inyector de plástico del proyecto esta
indicado a continuación, se enumera los pasos que el inyector requiere en su
operación, cada secuencia deberá ser respetada y considerada en el diseño del
programa de los secuenciadores.
1.5
1 Proceso del inyectorL
1.4
1.3
1.1
1.2
Tornillo gira llenando la camara de plastificación
Matriz es abierta, el producto es expulsado
Producto adquiere características finales
C
Matriz en posición para la inyección
Cámara de plastificación, es llenada
Matriz es enfriada
Estado de inyeccción
Contraccion del producto es evitado
Matriz es llenada
L
C
C
Matriz es cerradaS
C
Estado de Pos Presión
El diagrama de Fase – Estado que deberá cumplir los elementos hidráulicos se lo
estableció en función del diagrama descrito anteriormente, siendo el diagrama de
Fase – Estado el siguiente:
2
1
1V11
1
1
1V8
1
1
0
1V3
0
1V2
1
1
0
1A3
0
1A2
0
1A1
1
1 7=1
t=x
3 4
t'=x
5 6
En donde:
1A1
Pistón de cierre – apertura de matriz
1A2 Pistón de inyección
1A3 Motor hidráulica, carga de material
1V2 Válvula de venteo
1V3 Válvula direccional 4/2 (selección de presiones de trabajo)
1V8 Válvula direccional 4/3 (pistón de cierre -
apertura de molde)
1V11 Válvula direccional 4/3 (inyección - carga de material)
5.3.2. AUTOMATA.
Una vez establecido el diagrama de pasos que se debe cumplir, se diseño el
circuito del inyector, de esta manera se determinó el tipo de automatismo a ser
utilizado, el mismo que debido al número de entradas y salidas requeridas en su
funcionamiento se estableció dividir el proceso del inyector en dos etapas
directamente relacionadas, siendo el sistema de cierre de matriz gobernado por
una secuenciador, de 12 entradas/8 salidas, mientras que el sistema de inyección
y carga de material esta gobernado por un secuenciador de 8 entradas/4 salidas
(ANEXO D Lámina N° 5), dichos secuenciadores son conocidos como relés
inteligentes.
Los relés inteligentes existentes en el mercado son el ZELIO LOGIC de la
TELEMECHANIQUE, y el LOGO SOFT de la SIEMENS, a continuación se realiza
una comparación entre las características de cada una de los secuenciadores.
Características ZELIO LOGO
Tensión nominal 100/240 V 115/230 V
Frecuencia 50-60 Hz 50-60 Hz
Corriente nominal 46/36 mA 10/30 mA
Tensión de salida 100/240 V 115/230 V
Corriente de ruptura 8 A 10 A
Temperatura ambiente 0 – 50 ºC 0 - 55 ºC
Entradas digitales Si Si
Salidas digitales Si Si
Reloj semanal Si Si
Los relés mencionados presentan características muy similares, además, se los
puede encontrar fácilmente en el mercado nacional, siendo el secuenciador
elegido, el Zelio Logic, por su facilidad de programación, el costo de este tipo de
secuenciador es menor que el Logo Soft, los diagramas ladder de cada Zelio
están adjuntados en el ANEXO B, es prescindible mencionar que las
consideraciones hechas en el diseño del programa son:
Permitir un funcionamiento manual
Permitir un funcionamiento semiautomático
Permitir un funcionamiento automático
Ser flexible al cambio de tiempos, de enfriamiento, y pos presión.
Cada salida del relé inteligente, gobierna un relé electromecánico marca Camsco,
este realiza la cierre de contactos, que enciende las bobinas de las
electroválvulas del circuito hidráulico, de esta manera se logra proteger las salidas
de relé de los secuenciadores.
Las protecciones de los elementos de control, se basan en un sistema de
interruptores automáticos K32a (Multi 9 Merlin Gerin), cuya capacidad es de 2 A, y
son protecciones contra corrientes de corto circuito y sobrecarga, este mecanismo
reemplaza las protecciones tipo fusible.
5.3.3. MODO OPERATIVO DEL INYECTOR
El arranque del motor se manejara desde el panel frontal del tablero de control
(ANEXO D, Lámina N° 8), aquí se encontrara los pulsadores de arranque y paro,
además, los controles de temperatura con sus respectivos interruptores de
encendido y apagado, su acceso será directo, permitiéndose fácilmente el acceso
a la fijación de la temperatura de trabajo del inyector, constará de una botonera
que será montada en la bancada del inyector con los pulsadores de mando total
del inyector.
La botonera del inyector poseerá un pulsante de paro de emergencia, es del tipo hongo, y su función es la de bloquear al inyector, en su ciclo de operación, su accionamiento queda a criterio del operador, al momento de alguna acción que pudiera atentar el normal desarrollo del ciclo operativo de este, es un pulsante de retención, y para su reseteo, se deberá girar la cabeza del pulsante hasta que este regrese a su posición de inicio. Una vez que el paro de emergencia haya sido accionado, el motor de la bomba será apagado, debiéndose elegir el mando manual antes de ser arrancado nuevamente.
Los cambios de los tiempos de operación serán manipulados desde el interior del
tablero (ANEXO D, Lámina N° 8), en el panel eléctrico del tablero, aquí se
encuentran montados los relés inteligentes del inyector, su acceso es fácil y
seguro, permitiendo el acceso a cualquier tipo de persona que con un aceptable
nivel de conocimientos pudiera manejar este cambio en los parámetros de
operación, sin mayor dificultad.
5.3.3.1. MANDO MANUAL
El mando manual nos ayudará a encontrar y fijar los parámetros operativos
ideales del inyector, este mando será fijado por medio de un selector de tres
posiciones, que será el encargado de fijar el tipo de funcionamiento del inyector,
en este mando es accionado 4 pulsadores, dos de los cuales serán los
encargados del mando de apertura, y cierre de la matriz, mientras que los otros
pulsadores estarán encargados de la inyección y carga del material, cada mando
será accionado por el pulsador, y de ninguna manera se manejara algún tipo de
operación programada, cabe señalar que este modo operativo es requerido no
solo por motivos de calibración de los parámetros, sino que también es ideal
durante la producción con algún tipo de molde complejo, y cuya configuración
haga imposible la operación del inyector en la modalidad automática, o
semiautomática.
5.3.3.2. MANDO AUTOMÁTICO – SEMIAUTOMÁTICO.
Una vez que los parámetros han sido fijados el inyector podrá prestar un modo
operativo semiautomático (ciclo único), o un modo automático (ciclo continuo), su
arranque y parada serán comandados a través de dos pulsadores específicos
existentes en la botonera del inyector(dichos pulsadores son independientes de
los pulsadores mencionados en el mando manual del inyector), la selección de
uno u otro modo se lo realiza a través de un selector de tres posiciones existente
en la botonera, es importante señalar que el ciclo operativo del inyector se indica
en el diagrama fase – estado ya antes mencionado. Para el ciclo continuo la señal
que permita el inicio de un nuevo ciclo será la enviada por un sensor ubicado en
la zona de descarga de material, este acciona un contacto el momento que un
cuerpo se mueva por su área de cobertura, es un sensor eléctrico del tipo
reflectivo. El pulsante de paro del ciclo funcionará únicamente en el modo
automático, es importante indicar que el paro del ciclo continuo se efectuará al
cabo del ultimo ciclo de operación del inyector.
5.3.3.3. TIEMPO DE TRABAJO
El régimen de trabajo del inyector se basa en fijar de 2 tiempos de trabajo, el
tiempo de postpresión, y su parametrización es por medio del relé inteligente RI2,
mientras que el tiempo de enfriamiento de molde se lo realiza a través del relé
inteligente RI1, ambos ubicados en el panel eléctrico del tablero de control, su
programación es sencilla, y no existe peligro de un cambio en la programación
dada pues ésta es asegurada a través de una clave de acceso al dicho modo.
5.3.4. MONTAJE.
El montaje de los elementos de control se lo realizará en un armario metálico
cuyas dimensiones permitan una buena organización de los elementos en su
interior, además se utilizarán accesorios, tales como, canaletas, marquillas,
terminales, borneras, entre otros que son un complemento en el montaje y
cableado de un circuito de control.
El tamaño del armario que se utilizará, se establece en función de los elementos
que se deben alojar en su interior, es decir, que la suma de las áreas de todos los
elementos que se alojan en el tablero es menor al área del mismo, y la altura
interna del tablero es mayor a la altura de cualquiera de los elementos a ser
montados. De esta manera se logra una distribución adecuada de los elementos
en su interior.
El montaje hidráulico se realizará de acuerdo de los elementos, los cuales fueron
distribuidos en el interior del inyector su montaje se facilita debido a la utilización
de un montaje modular (ANEXO D, Lámina N° 7)
5.3.5. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA
El montaje de los elementos fue realizado cumpliendo las consideraciones
prescritas en este documento, el mismo que fue dividido en cuatro etapas:
El desmontaje de todos los elementos existentes en el inyector
El montaje de todos los elementos hidráulicos, considerados en la planificación
del proyecto.
El montaje del sistema de control
El período de pruebas
5.4. ANÁLISIS FINANCIERO.
El objetivo de un análisis financiero es el determinar el monto de los recursos
económicos necesarios para la realización del proyecto en términos de inversión
fija y circulante, además de otros indicadores que sirvan como base para una
evaluación económica del proyecto, determinando su conveniencia o no.
5.4.1. INVERSIÓN INICIAL DEL PROYECTO
Del estudio técnico realizado anteriormente se definió la utilización varios
elementos, con los cuales los objetivos operativos del inyector pueden ser
alcanzados; a continuación se presenta el monto requerido para cubrir dicha
inversión. Los elementos hidráulicos requeridos en el circuito son:
ITEM CODIGO DESCRIPCION CANT P UNIT TOTAL
1 D5-02-2B2-A26-L Electroválvula, 2/2 NA, 220V, CETOP 3 1 94,80 94,80
2 D5-02-2B2-A26-L Electroválvula, 4/2 NA, 220V, CETOP 3 1 94,80 94,80
3 D5-02-3C2-A26-L Electroválvula, 4/3 NA, 220V, CETOP 3 1 97,50 97,50
4 D5-02-3C4-A26-L Electroválvula, 4/3 NA, 220V, CETOP 3 1 97,50 97,50
5 BHT-04-H Válvula de alivio, 1/2", 70 - 250 bar 1 68,76 68,76
6 RT-03-B Reductor de Presión, 3/8", 5 a 70 bar, 1 106,26 106,26
7 HCT-03-N-1 Válvula Contrabalance, 3/8”, 9-18 bar 1 106,26 106,26
8 MSW-02-X Válvula Modular, doble regulador 1 71,25 71,25
9 MSW-02-Y Válvula Modular, doble regulador 1 71,25 71,25
10 MPB-02-B Válvula Modular, check pilotada 1 62,49 62,49
11 CIT-03-A1 Válvula check de línea 3/8" 2 6,24 12,48
12 MMC-02-A-2 Base Maninfold 3/8", 2 estaciones 1 62,49 62,49
SUMA 945,84
IMPUESTO 113,50
TOTAL $ 1059,34
Los elementos utilizados en el control del equipo son:
ITEM CODIGO DESCRIPCION CANT P UNIT TOTAL
1 Switch vasto 2p 3 2,50 7,50
2 Micro switch tipo palanca 6 7,50 45,00
3 Micro switch tipo rodillo 2 5,00 10,00
4 Pulsador verde 22mm 9 3,50 31,50
5 Pulsador tipo hongo 1 7,20 7,20
6 Selector 3 pos. 22mm 1 5,40 5,40
7 Selector 2 pos. 22mm 1 3,60 3,60
8 Relés auxiliares 8 pines 6 8,50 51,00
9 Luz piloto 220 v 22mm 3 3,60 10,80
10 Interruptor de potencia tres polos 32a 1 28,00 28,00
11 Tablero modular 60 x 60 1 67,00 67,00
12 Caja para pulsadores 1 8,00 8,00
13 Caja de conexiones 1 5,00 5,00
14 3RT10 15-1AN21 Contactor 1 HP SIEMENS 3 15,00 45,00
15 3RT10 24-1AN21 Contactor 4 HP SIEMENS 1 18,50 18,50
16 Bloque de contactos 1 10,50 10,50
17 Disyuntor 2 A. 4 18,00 72,00
18 Guardamotor 8-13 a 1 51,00 51,00
19 Relé inteligente Zelio 12/8 220v 1 142,00 142,00
20 Relé inteligente Zelio 6/4 220v 1 96,00 96,00
21 HY - 48D Control de temperatura 0-400ºc 2 120,00 240,00
22 Control PID 1 155,00 155,00
23 Termocuplas tipo J 3 23,00 69,00
24 GRUPO Accesorios eléctricos 1 112,49 112,49
SUMA 1291,49
IMPUESTO 154,98
TOTAL $ 1446,46
El grupo de accesorios requeridos en el montaje hidráulico del equipo es:
ITEM CODIGO DESCRIPCION CANT P UNIT TOTAL
1 GRUPO Manguera 1 212,33 212,83
2 GRUPO Neplos 1 64,60 68,85
3 GRUPO Adaptadores 1 36,50 36,20
SUBTOTAL 317,88
IMPUESTO 38.14
TOTAL $ 355.97
Activos Diferidos, montos de instalación e implementación:
ITEM CODIGO DESCRIPCION HORAS P UNIT TOTAL
1 GRUPO Estudio de factibilidad 40 18,75 750,00
2 GRUPO Instalación 50 13,57 678,58
SUBTOTAL 1428,50
IMPUESTO 171,42
TOTAL $ 1600,00
ITEM DESCRIPCION TOTAL
1 Elementos de control 1446,46
2 Elementos hidráulicos 1059,34
3 Accesorios hidráulicos 355,97
4 Activos diferidos 1600,00
TOTAL $ 4461,77
Por tanto la inversión inicial requerida para la consecución del proyecto es, de
4461,77 USD (cuatro mil cuatrocientos sesenta y un con 77/100 dólares
americanos), y resulta de la suma del costo de los elementos de control, del
montaje eléctrico, y los activos diferidos, detallados anteriormente.
5.4.2. COSTOS DEL PROYECTO
Los costos proyectados con la ejecución ascienden a 27.899,46 USD (veintisiete
mil ochocientos noventa y nueve con 46/100 dólares americanos), los mismos que
son detallados en el siguiente cuadro:
EQUIPO
DETALLE POTENCIA (KW)
USO/DIARIO (HORAS)
CONSUMO (kWh)
COS. UNIT. (USD/kWh)
COST ANUAL (USD)
Bomba Hidráulica 2,95 8 23,6 0,05 283,20
Bomba Refrigeración 0,373 8 2,98 0,05 35,81
Calentador 1 zona 1 9 9 0,05 59,40
Calentador 2 zona 1 9 9 0,05 59,40
Calentador 3 zona 1 9 9 0,05 59,40
Control de Temperatura 0,002 9 0,018 0,05 0,22
SUBTOTAL 497,42
MANO DE OBRA
DETALLE CANT (HOMBRE)
TIEMPO (MES)
HOMB. TOT (H*MES)
COS. UNIT. (USD/H*ME
S)
COST ANUAL (USD)
Gerente 1 12 12 666,67 8000,00
Jefe de Mantenimiento 1 12 12 533,33 6400,00
Ventas 1 12 12 400,00 4800,00
Contabilidad 1 12 12 266,67 3200,00
Operador 1 12 12 400,00 4800,00
SUBTOTAL 27200,00
MANTENIMIENTO
DETALLE CANT TIEMPO VIDA UTIL COS. UNIT. COST ANUAL
(GAL) HORA/AÑO HORAS/GAL (USD/GAL) (USD/AÑO)
Operador 35 1920 5000 12,80 172,03
SUBTOTAL 172,03
DETALLE CANT TIEMPO VIDA UTIL COS. UNIT. COST ANUAL
(U) (AÑO) (AÑO) (USD/UNI) (USD)
Niquelina 3 1 3 30 30,00
SUBTOTAL 30,00
TOTAL1 27899,46
4.4.7. RENDIMIENTO DEL INYECTOR
El rendimiento del inyector es estimado a partir de sus características técnicas
tales como la velocidad, masa de inyección, tiempo del ciclo de inyección, de esta
manera se estima la frecuencia o número de golpes existentes por minuto, se
considera también un tiempo y masa requerido para purgar el cilindro, la siguiente
tabla resume él calculo del rendimiento del inyector.
MANDO AUTOMATICO
DETALLE UNIDAD FORMULA VALOR
1 Es el resultado de la suma de todos los subtotales de la tabla
Velocidad inyección Kg/seg A 0,002
Tiempo inyección seg B 5,50
Masa ciclo (Kg) C 0,011
Tiempo ciclo seg D 20,00
Frecuencia ciclos/hora E=3600/D 180,00
Masa (Kg/día) F=C*E 15,84
Tiempo purgas horas / día G 0,25
Masa Purga (Kg/día) H 0,50
Masa útil (Kg/día) I=F-H 15,35
Rendimiento % R=I/F 0,969
T Uso horas / año J 1920
COST POLIPROPILENO (USD/Kg) K 1,20
COST DIAR (USD) COST=K*I 19,01
A partir de los cálculos realizados en la tabla encontramos un rendimiento del
inyector del mando automático de un 96.9 %. También se estima el costo diario
que genera el inyector en función de la materia prima utilizada, esencial en el
cálculo de la utilidad neta del inyector.
4.4.8. INGRESOS DEL PROYECTO
Los ingresos que se generará en el proyecto fue el resultado de una proyección
de la operación de la máquina, tomados de referencia de la producción del molde
de mayor producción existente en la empresa, considerando que luego de la
puesta en marcha del mismo se espera un rendimiento del 96.9%, frente al
rendimiento del 87.5% que el inyector poseía en un inicio, esta característica es
un reflejo de la instalación, pues se creó un proceso confiable disminuyéndose el
nivel de desperdicio del material al estrictamente utilizado por efecto de cambio de
polímero a inyectar, eliminando productos de mala calidad degradados por la
variación de la temperatura, o destruidos por una mala maniobra del operador.
PRODUCTO Broches de alfombra
PESO 4,63 gr.
MASA INYECCION 4,63 gr.
PVP 0,31 USD
MATRIZ 12000,00 USD
VIDA UTIL 3,00 AÑOS
DETALLE UNIDAD MANUAL AUTOMATICO
Costo operación USD/HORA 14,57 14,53
Costo materia prima USD/HORA 1,70 2,38
Costo matricería USD/HORA 2,08 2,08
Costo producción USD/HORA 18,35 18,99
Costo final USD/HORA 19,27 19,94
Rendimiento % 87,50 96,88
Frecuencia CICLOS/HORA 112,50 174,38
Número piezas UNID/HORA 112,50 174,38
Costo unidad USD 0,171 0,114
Costo venta USD 0,31 0,31
UTILIDAD USD 0,14 0,19
UTILIDAD NETA USD/HORA 15,38 33,77
Donde el costo de producción es el resultado de sumar el costo de operación, de
materia prima, y costo por matricería, el mismo que es el costo por hora de
producción, reflejándose una utilidad neta por cada hora de producción de 15.38
USD, con una máquina de mando manual, mientras que esta utilidad es mayor
con la ejecución de un mando automático, alcanzando los 33.77 USD por hora.
Todo el ingreso se ve reflejado en un flujo neto de caja anual del proyecto,
descrita a continuación:
INGRESOS DE OPERACIÓN AÑO 0 AÑO 1 AÑO 2 AÑO 3 AÑO 4 AÑO 5
Ingresos 52149,98 52149,98 52149,98 52149,98 52149,98
Costos de Operación y Mantenimiento
0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Materia Prima 19361,56 19361,56 19361,56 19361,56 19361,56
Depreciación 576,14 576,14 576,14 576,14 576,14
Utilidad antes de la partición de impuestos e impuestos
32212,28 32212,28 32212,28 32212,28 32212,28
impuestos 3865,47 3865,47 3865,47 3865,47 3865,47
Utilidad neta 28346,81 28346,81 28346,81 28346,81 28346,81
Valor residual 0 0,00 0,00 0,00 6000,00
Inversión 4480,69 $0,00 $0,00 $0,00 $0,00 $0,00
Flujo de fondos neto -4480,69 28922,95 28922,95 28922,95 28922,95 34922,95
Aquí se detalla los ingresos estimados generados con la consecución del
proyecto, los cuales son un reflejo del incremento en el rendimiento del inyector. A
continuación se presenta el flujo de fondos existente con el inyector en su estado
actual de operación, con un rendimiento del 86%, obteniéndose los siguientes
valores:
INGRESOS DE OPERACIÓN AÑO 0 AÑO 1 AÑO 2 AÑO 3 AÑO 4 AÑO 5
Ingresos 33645,15 33645,15 33645,15 33645,15 33645,15
Costos de Operación y Mantenimiento
Materia Prima 18707,93 18707,93 18707,93 18707,93 18707,93
Depreciación 0 0 0 0 0
Amortización de activos diferidos 0 0 0 0
Utilidad antes de la partición de impuestos e impuestos
14937,22 14937,22 14937,22 14937,22 14937,22
Impuestos 1792,47 1792,47 1792,47 1792,47 1792,47
Utilidad neta 13144,75 13144,75 13144,75 13144,75 13144,75
Valor residual 0 0 0 0
Inversión 0 0 0 0 0
Flujo de fondos neto 0 13144,75 13144,75 13144,75 13144,75 13144,75
4.4.9. FACTIBILIDAD DEL PROYECTO
Nuestro análisis de la factibilidad del proyecto se basa en la estimación del Valor
Actual Neto (VAN) del flujo neto incremental neto del proyecto, con el fin obtener
la contribución del proyecto a la generación de flujo de fondos, este nos da una
idea del alcance del proyecto tras su ejecución, el flujo incremental estimado es el
siguiente:
FLUJO INCREMENTAL
AÑO 0 AÑO 1 AÑO 2 AÑO 3 AÑO 4 AÑO 5
FLUJO SIN PROYECTO 0,00 13144,75 13144,75 13144,75 13144,75 13144,75
FLUJO CON PROYECTO -4480,69 28922,95 28922,95 28922,95 28922,95 34922,95
FLUJO INCREMENTAL -4480,69 15778,20 15778,20 15778,20 15778,20 21778,20
El valor actual neto (VAN) del flujo neto incremental, a una tasa del 24% anual, y
calculado con la fórmula 3.4, es de 32.970.30 USD (treinta y dos mil novecientos
setenta con 30/100 dólares americanos), dicho valor es mayor que cero, siendo
la ejecución del proyecto aceptado, justificando de esta manera su inversión.
4.4.10. PERÍODO DE RECUPERACIÓN.
Una vez que establecemos el flujo de fondos con proyecto se procede a estimar el
periodo de recuperación de la inversión, esto lo realizamos con el flujo de fondos
del primer, y segundo periodo, obteniendo lo siguiente:
FNC ($)
PR
T1 T2
T (a)SFNC1 = -4480,69
SFNC2 = 28922,95
21
1211
SFNCSFNC
TTSFNCTPR
SFNC1 : -4480,69 USD
T1 : 0 año
SFNC1 : 28922,95 USD
T2 : 1 año
PR: 2.19 3 meses
El período de recuperación de la inversión es de 3 meses, y fue calculado con la
fórmula 3.7, siendo un proyecto rentable y su indicativo se ve reflejado en la
inmediata recuperación del capital invertido.
BIBLIOGRAFIA
Moldes y Máquinas de Inyección para la Transformación de Plásticos
BODINI, Gianni; y PESSANI Franco, Mc Graw Hill, 1995
Mandos Hidráulicos en las Máquinas Herramientas
POMPER, Víctor, Editorial Blume, 1969
El Plástico en la Industria
MINK, Editorial Gustavo Hill, Barcelona, 1990
Extrucción de Plástico, Gomas y Metales
SIMONDS, Herbert. Editorial Index River, Madrid
Introducción a la Técnica de Neumática de Mando
Festo Didactic GmbH & Co, 2000
Manual de Mecánica Industrial, Tomo II
Cultural. S.A. Madrid, 1999
Mechatronics
Festo Didactic GmbH & Co, 2000
Hydraulics and Electrohydraulics Workbook Basic Level
Festo Didactic GmbH & Co, 2000
Instrumentación Industrial
CREUS, Antonio. Editorial Alfa Omega, 1999
Tablas de Termocuplas
GRUPO DE DESARROLLO, ARIAL S.A. Nota Técnica 3,2001
Como Seleccionar una Termocupla
GRUPO DE DESARROLLO, ARIAL S.A. Nota Técnica 1,2001
Control PID, una Revelación Tutorial de los Enigmas.
GRUPO DE DESARROLLO, ARIAL S.A. Nota Técnica 10,2001
Electrohidráulica una Línea Seleccionada y Homogénea
Atos S.A. 1997
Catálogo de Elementos Hidráulicos, GRUPO EATON
www.eaton- hydraulics.com
Catálogo de Elementos Hidráulicos, GRUPO EATON
www.kompass.com.tw
Relé Programable Zelio Logic
TELEMECHANIQUE, Manual del usuario, 2000
Fecha de entrega:
Víctor Hugo Cobos Masaquiza
AUTOR
Ing. Vicente Hallo
DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERIA
DE EJECUCION EN ELECTROMECANICA
Dr. Mario Lozada
SECRETARIO ACADÉMICO
